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煤高效超洁净排放技术专刊

来源：洁净煤技术

专刊来源于《洁净煤技术》2019年第2期

行业视野: 环境保护
类别; 101个
关键词; 114位
专家; 22篇
论文; 17942IP
点击量; 7045次
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循环流化床锅炉炉膛横向温度非均匀性模型研究

作者(Author)：胡南, 徐梦, 杨海瑞, 吕俊复, 张戟

摘要：随着循环流化床锅炉不断向大型化高参数发展，炉膛截面在尺度上已远超过化工领域的循环流化床反应装置，炉膛内运行参数的横向非均匀性问题愈发突出，尤其是横向温度偏差问题，严重影响锅炉汽水系统安全和高效运行。针对300 MW亚临界三分离器循环流化床锅炉燃烧系统建立二维整体小室模型，模型以分离器为回路单元将截面划分为3个并联的小室，包括炉内气固流动模型、密相区气固横向扩散模型、稀相区气固横向扩散模型、燃烧模型及传热模型等子模型。模型计算和实炉测试结果显示，炉膛宽度方向的温度分布存在明显的不均匀性，炉膛中间小室温度高于炉膛两侧小室，并且温度偏差沿床高方向一直存在。稀相区扩散系数的取值对温度横向分布有明显影响，根据模型计算和测试数据结果比较分析，稀相区的扩散系数取值应在0.006~0010 m2/s。密相区颗粒横向混合扩散作用强烈，改变各个给煤点给煤量分配时，局部浓度变化很快被强烈的横向混合扩散作用消除，因此炉膛横向温度分布受给煤量分布变化的影响较小，与测试结果一致。导致炉膛温度偏差的主要原因是两侧小室内水冷壁面积比中间小室多，使两侧小室温度偏低，通过调整炉内屏式受热面的布置位置，可有效改善温度分布不均的问题。

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洁净煤技术

2019年第02期

661

275
准东煤中碱金属Na的赋存形态及含量分析

作者(Author)：赵京, 魏小林, 张玉锋, 李腾

摘要：新疆高碱煤具有低灰、低硫及反应活性高等特点，但在燃烧利用过程中，以气相形式释放的碱金属进入烟气后，将改变飞灰颗粒的物理化学特性，如降低灰熔融温度，并增强黏结性，进而对锅炉及换热设备造成严重的积灰、结渣、腐蚀等。碱金属的赋存形态决定其释放行为，因此深入研究碱金属具体存在形式及含量，可准确预测碱金属释放形式及含量，对准东煤的清洁、高效利用意义重大。以准东高钠煤为研究对象，采用扫描电镜能谱测试(SEM-EDS)分析样品表面元素分布，同时利用电感耦合等离子光谱(ICP-OES)分析碱金属Na赋存形态及含量，并通过X射线光电子能谱(XPS)及X射线衍射(XRD)研究样品表面元素含量及晶态结构。SEM-EDS结果表明:Ca、S在相同区域存在明显富集现象，表明CaSO4存在于该区域;Cl在扫描过程并未发现明亮区域，可认为Cl均匀分布在准东煤中;此外Na也存在少量明亮区域与S对应，表明Na2SO4晶体也存在于准东煤中。XRD结果表明:105 ℃干燥后样品中碱金属Na以NaCl及Na2SO4晶体结构存在，经去离子水萃取后，对应峰强度减弱，甚至消失。ICP-OES结果表明:准东煤中Na主要以水溶态形式存在，其次为醋酸铵溶态及酸溶态Na，其含量分别为78.42%、11.57%和6.44%，并有少量以硅铝酸盐形式存在的不溶性Na，含量为3.57%;水萃取液中阳离子主要以Na+、Ca2+、Mg2+为主，阴离子主要以Cl-、SO-24以及HCO-3为主，经计算，阳离子总电荷数为5.369mmol/L，阴离子总电荷数为5385 mmol/L，可知溶液中阴阳离子电荷基本守恒，则水溶态Na可认为主要以NaCl、Na2SO4、NaHCO3等晶体或水合离子形式存在，在均匀分布条件下，可计算出其质量分数分别为5.32%、85.7%以及8.98%。采用XPS对不同温度干燥后的样品进行表征分析，结果表明:随干燥温度升高，煤样中以水合离子形式存在的Na+也随着水分移动向样品表面富集，样品表面的Na/C质量比增加;干燥温度超过100 ℃后，水分蒸发并带走部分在表面富集的Na，因此样品表面Na/C比开始下降，该过程释放的Na可定义为水挥发性Na。

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洁净煤技术

2019年第02期

1032

421
下行移动床颗粒流动特性冷模试验研究

作者(Author)：杨帆, 郑雄, 李建波, 王泉海, 薛景文, 陆凯, 卢啸风

摘要：针对目前大宗固体颗粒余热回收常存在换热不充分、气固流动阻力大、回收得到的余热质量较低等问题，提出了一种气固交叉流动移动床高温颗粒冷却技术方案，并在自行设计的工业级试验装置上利用CFB锅炉炉渣完成了冷态条件下的颗粒流动特性试验研究。通过取样与高速摄影仪拍摄相结合的方式对颗粒流动特性进行测量，分析讨论了颗粒流通截面尺寸对颗粒流动特性的影响和错流段空截面风速对颗粒流动稳定性的影响。结果表明:直流段截面中部颗粒下行速度基本一致，在忽略边壁影响的条件下，计算得到直流段正面和侧面流动指数MF1均大于0.3，认为直流段颗粒流动为整体流状态;通过对不同位置颗粒取样，发现各取样点颗粒的质量分数最大相差约14.4%，在实际工程中可认为扩大段颗粒整体流动均匀，但不同位置的颗粒粒径分布存在差异;随着横向风速的增大，颗粒携带速率增大，流过下行移动床的水平风速不能超过1.45 m/s。

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洁净煤技术

2019年第02期

553

189
气化细渣基础燃烧特性试验研究

作者(Author)：杜杰, 戴高峰, 李帅帅, 王学斌, 孙晓伟, 谭厚章

摘要：煤气化过程中产生大量含碳量较高的气化细渣，其填埋处理不仅占用大量土地，污染土壤和水体，同时造成能源浪费。在获得气化细渣工业分析、元素分析、粒径分布、灰成分和微观形貌等基础上，利用热重对气化细渣单独燃烧及与燃料煤混合燃烧特性进行研究，对比了气化细渣与典型煤种燃烧特性的差异，并考虑掺混比例对混燃的影响。研究结果表明:气化细渣的Mar=69.7%，Ad=54.5%，w(Cd)=43.4%，Qgr,d=16.14 MJ/kg，干化后的气化细渣中碳含量和发热量与对比劣质烟煤相当;干燥后的气化细渣粒径普遍小于200 μm，且孔隙结构发达，电镜结果显示其微观结构由球形颗粒和不规则多孔形状颗粒组成。气化细渣与其他煤种燃烧特性对比表明:气化细渣的着火温度和燃尽温度分别为601.6 ℃和680.8 ℃，着火和燃尽特性比对比煤样和对应的原煤略差。气化细渣和原煤在不同掺烧比例下的热重燃烧试验结果表明，气化细渣和原煤掺烧存在显著的协同效应，与原煤掺烧能显著改进气化细渣的燃烧特性，在25%气化细渣掺烧比例下，气化细渣的燃烧特性得到显著改善，且相比于纯烧原煤，掺烧气化细渣后混煤的燃烧特性未显著下降。研究结果表明，干化后高含碳量的气化细渣极具应用价值，且与原煤掺烧对混煤的燃烧特性影响较小，还能显著改进混煤的燃烧特性，将干化后的气化细渣与原煤掺烧是一种可行的利用气化细渣热值的技术方案。

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洁净煤技术

2019年第02期

1039

339
动态分离器内部流场的PIV测量

作者(Author)：张红霞, 王玉召, 张海

摘要：基于PIV技术,采用角位移传感器和内窥镜头，测量了带静态导流叶栅的动态分离器内分离区域的流场。气流在静叶栅外的环形区域呈强湍流旋转流动，叶轮转速对该区域的流场几乎没有影响。气流在静叶内呈涡流流动，涡心位置随叶轮转速提高逐渐向后移动，区域位置越低，涡心离叶片背风面越近，涡越扁长。在静叶栅和叶轮之间的区域，气流随叶轮做旋转运动，叶轮转速越高气流旋转越强。在动叶内，气流沿流道呈均匀流动，气流流动方向与叶片之间的夹角随叶轮转速提高而增大。动态分离器内的气固分离分为三级分离：第1级是静叶栅外环形区域的离心分离，该级分离作用几乎不受叶轮转速的影响;第2级为静叶内的撞击分离和旋涡分离;第3级分离发生在叶轮入口区域，既有离心分离，又有撞击分离，叶轮转速对后两级的分离作用有较大影响。

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洁净煤技术

2019年第02期

578

229
600 MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

作者(Author)：胡庆伟, 王为术

摘要：为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对 600 MW 对冲旋流燃烧锅炉,利用 CFD(computa-tional fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及 NOx 释放规律。采用标准 k-ε 模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1 辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1100 K;炉内各组分分布规律为:X=11.0935 m 截面,沿炉膛高度方向,O 2 体积分数先上升后下降,CO 2 体积分数逐渐升高,CO 体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NOx 生成量整体下降,炉膛出口 NO x 浓度约为 385.14 mg/ m 3 。

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洁净煤技术

2019年第02期

752

385
小麦秸秆燃烧过程中碱金属释放特性

作者(Author)：李慧君, 谢兴运, 赵京, 张玉锋, 魏小林

摘要：生物质作为可再生洁净能源，在中国能源结构中将占据越来越重要的地位。生物质中碱金属元素(主要是K)含量丰富，生物质灰的主要成分。由于碱金属无机盐(如KCl)具有较低的熔点，因此生物质内碱金属极易在燃烧中释放，此特性给生物质能源的开发及利用带来了严重的技术安全问题。在生物质燃烧过程中，部分碱金属灰分气态释放后，易于凝结、吸附并沉积在锅炉炉膛受热表面，造成玷污、结垢及积灰等问题，严重影响锅炉的换热，甚至造成腐蚀。因此，研究生物质燃烧过程中碱金属元素的释放规律及机理，将为我国生物质的清洁高效利用提供有力的理论支持，具有较好的社会经济及学术的重要意义。从小麦秸秆为对象，研究生物质燃烧过程中碱金属的释放特性，通过水平管式炉及XRD、SEM-EDS等检测手段，研究了燃烧温度400~900 ℃碱金属的释放特性。结果表明，碱金属K主要以水溶性形式存在，碱土金属Ca、Mg主要以醋酸铵溶及水溶性形式存在。水溶性K主要以KCl、KNO3、K2SO4和K3PO4的水合离子或晶体存在。燃烧过程中，400 ℃内主要释放有机K及少量无机K，400~600 ℃时，K释放主要以KNO3的无机K为主，600 ℃以上时主要以KCl和KNO3释放。碱土金属Ca和Mg会形成较稳定的化合物，不易释放。通过对灰渣表面元素富集状况分析可知，K与Cl含量同步变化:600 ℃内，K与Cl含量同步增长，主要因为有较多碱金属化合物以KCl的形式析出;高于600 ℃时，灰渣表面K与Cl含量减少，主要因为KCl与SiO2等发生反应或直接以KCl的形式释放。

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洁净煤技术

2019年第02期

721

275
五彩湾煤在O₂/CO₂燃烧条件下的积灰特性

作者(Author)：段晓丽, 张彦迪, 朱晨钊, 杨浩, 张旭, 王长安, 赵磊, 韩涛, 刘银河

摘要：锅炉燃用准东煤极易发生严重的受热面积灰结渣等问题，制约了新疆准东地区煤炭资源的大规模利用。在一维沉降炉燃烧与积灰试验系统上，研究了准东五彩湾煤的积灰特性，分析了稀释气体种类、O2/CO2燃烧中氧浓度对飞灰沉积的影响。结果表明:在21%氧浓度下，与稀释气体为N2相比，稀释气体为CO2时得到的沉积灰颗粒之间黏连现象不明显，积灰倾向较弱;O2/CO2燃烧条件下，随着氧浓度提高，五彩湾煤的积灰倾向加重，细散灰颗粒减少，球形灰颗粒比例增加，灰颗粒的黏连现象加重。SEM-EDS分析结果表明:O2/CO2燃烧中随氧浓度的提高，沉积灰中的块状灰颗粒表面缩孔及凹坑增多，且灰颗粒表面黏附了白色细散絮状灰，Na和Cl的富集加重，这是造成高氧浓度燃烧受热面积灰加剧的重要原因;稀释气体种类对五彩湾煤积灰倾向的影响研究中，稀释气体为N2(空气燃烧)时，Na和Cl含量明显高于稀释气体为CO2(O2/CO2燃烧)时的含量。此外，燃烧稀释气体为N2的沉积灰中还出现了Ca和S元素的富集，高温下CaO与硅铝酸盐发生反应生成低温共熔体，这也是空气燃烧时积灰较O2/CO2燃烧严重的重要原因。XRD分析结果在一定程度上佐证了EDS的分析结论，灰分中CaSO4、NaCl等低熔点物质的富集导致了空气燃烧工况和O2/CO2高氧浓度燃烧工况积灰的加剧。燃烧的颗粒温度差异是导致O2/CO2燃烧和空气燃烧积灰特性不同的主要原因，也是造成不同氧浓度下O2/CO2燃烧积灰特性差异的主要原因。煤燃烧的颗粒温度较高时，煤粉着火、燃烧性能得到改善，更高的颗粒温度会导致烟气中出现更多的熔融灰，灰颗粒表面出现熔融相进而增强了灰表面的黏性，加剧积灰现象。

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2019年第02期

685

253

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