低揮發(fā)份煤及其混煤燃燒數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、我國燃燒低揮發(fā)份煤發(fā)電占有相當(dāng)大的比重。但是，低揮發(fā)份煤燃燒普遍存在燃燒效率偏低、污染物排放超標(biāo)、爐膛結(jié)渣等問題。因此，低揮發(fā)份煤高效低污染燃燒仍然是我國亟需解決或改進(jìn)的重要問題。電站鍋爐爐內(nèi)的煤粉燃燒是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，要實(shí)現(xiàn)低揮發(fā)份煤的高效低污染燃燒，必須在充分掌握煤的燃燒特性基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)娜紵绞郊叭紵鞑贾梅绞?、合理的爐膛結(jié)構(gòu)尺寸、優(yōu)化的運(yùn)行工況和新的燃燒技術(shù)。本文按照這一思路，采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的研究

2、方法，從低揮發(fā)份煤的燃燒動力學(xué)特性、混煤燃燒模擬和穩(wěn)燃新技術(shù)、低揮發(fā)份煤鍋爐的燃盡、Nox 排放和結(jié)渣特性等方面開展研究，以期獲得具有工業(yè)應(yīng)用價值的研究成果。
　　 本文提出將煤的燃燒特性看成是隨燃盡率α變化的函數(shù)，采用兩條不同升溫速率下的燃燒熱重分析曲線，建立化學(xué)動力學(xué)參數(shù)活化能E和指前因子A隨燃盡率α的變化關(guān)系。使用熱天平和沉降爐研究了一種低揮發(fā)份煤的燃燒動力學(xué)參數(shù)隨燃盡率的變化特性，重點(diǎn)是隨燃盡率變化的燃燒動力學(xué)參數(shù)對煤粉

3、燃盡后期反應(yīng)性降低的描述能力。結(jié)果表明，隨燃盡率變化的燃燒動力學(xué)參數(shù)能夠合理地預(yù)測煤粉燃盡后期反應(yīng)活性降低的現(xiàn)象，比較準(zhǔn)確地計算煤粉在沉降爐內(nèi)燃盡率大于0.9以后的燃盡過程，燃盡率計算最大相對誤差為4.98[％]，且計算精度隨燃盡率增加而增加。隨燃盡率變化的燃燒動力學(xué)參數(shù)將為本文中煤粉燃燒過程的數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)的輸入數(shù)據(jù)。
　　 本文以一臺300MW四角切圓鍋爐為對象，開展了低揮發(fā)份煤混煤燃燒數(shù)值模擬研究。文中先采用雙混合分?jǐn)?shù)/

4、PDf(Probability Density Function)方法和單混合分?jǐn)?shù)/PDF 方法兩種方法，模擬了無煙煤和劣質(zhì)煙煤在該爐爐內(nèi)分層混合燃燒的過程。模擬及試驗(yàn)結(jié)果表明，爐內(nèi)溫度及氧濃度分布呈現(xiàn)出非均勻和對角對稱分布特征。采用雙混合分?jǐn)?shù)/PDF 方法的模擬結(jié)果更加符合兩種煤在爐內(nèi)分層混燒的實(shí)際燃燒過程。然后，在燃燒器區(qū)域敷設(shè)衛(wèi)燃帶，并采用新的混煤燃燒方式以提高鍋爐運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，開展了數(shù)值模擬和燃燒試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，該方案

5、能夠有效提高鍋爐安全性和經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)確定了合理運(yùn)行參數(shù)，為鍋爐燃燒混煤的安全性和經(jīng)濟(jì)性提供了可靠的依據(jù)。
　　 本文以W型火焰鍋爐為對象，開展了低揮發(fā)份煤鍋爐燃盡、Nox排放和結(jié)渣特性的研究。設(shè)計了W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)空氣深度分級技術(shù)研究方案，創(chuàng)新性地提出利用一次風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕度大和風(fēng)壓高的優(yōu)勢，將富余的部分一次風(fēng)通過燃盡風(fēng)噴口送入爐內(nèi)，提高燃盡風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)速，開展了改善燃盡和Nox排放特性的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，該方法能夠降低飛灰可燃

6、物含量和Nox排放量，但是由于燃盡風(fēng)風(fēng)量不到5[％]，降低幅度較小。采用結(jié)渣模型并耦合氣固兩相燃燒模型，首次對三種W型火焰鍋爐爐膛結(jié)渣特性開展了數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行狀況，對結(jié)渣位置、程度以及原因進(jìn)行了深入地分析，并提出了防止結(jié)渣的方法。結(jié)果表明，W型火焰鍋爐結(jié)渣特性是固有的，主要由爐內(nèi)空氣動力場特性決定的。切停側(cè)邊燃燒器、降低鍋爐負(fù)荷以及燃用低結(jié)渣傾向的煤都能夠有效防止?fàn)t膛結(jié)渣；增加燃盡風(fēng)不會對鍋爐結(jié)渣特性產(chǎn)生不利的影響。
　　

7、 本文對低揮發(fā)份煤穩(wěn)燃新技術(shù)進(jìn)行了探索性思考和初步研究。對煤粉射流吸熱升溫著火及穩(wěn)燃機(jī)理進(jìn)行了探索性的思考和分析，提出了關(guān)于煤粉射流著火穩(wěn)燃機(jī)理的新解釋。在此基礎(chǔ)上，提出了一種可調(diào)節(jié)、自適應(yīng)一次風(fēng)內(nèi)直流外旋流煤粉主燃燃器的設(shè)計思路，介紹了主燃燒器的結(jié)構(gòu)和工作原理。將其應(yīng)用于旋流燃燒器，在一臺125KW燃燒試驗(yàn)爐上對燃燒器燃燒特性進(jìn)行了初步地數(shù)值模擬。結(jié)果表明，二次風(fēng)旋流強(qiáng)度為0.67時，增加外一次風(fēng)旋流強(qiáng)度能夠有效改善低揮發(fā)份煤的著火