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燃料掺混燃烧关键技术

来源：洁净煤技术

煤炭作为我国的主要能源，长期占据不可替代的重要地位。近年我国经济高速发展，雾霾等空气污染现象时有发生，环境污染不容忽视。虽然国内大部分燃煤电厂均已实现超低超净排放，而如何进一步降低氮氧化物等污染物排放，提高经济效益仍是研究重点。

行业视野: 煤化工
类别; 34个
关键词; 35位
专家; 9篇
论文; 6353IP
点击量; 2027次
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300 MW循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥试验研究

作者(Author)：张平, 陈陆剑, 江华, 张缦, 徐巍, 刘实, 杨海瑞, 吕俊复

摘要：循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥是一种处理煤泥等低品质煤的有效手段。利用一维小室模型对掺混不同比例煤泥的CFB锅炉运行工况进行模拟，研究了掺混煤泥比例对CFB锅炉炉膛内物料平均粒径、颗粒停留时间以及炉膛上部物料浓度的影响，确定了大比例掺烧煤泥条件下的流态优化条件。模拟结果表明，增加煤泥比例可以提高物料循环流率和中间粒径档位（0.1～0.3 mm）颗粒在炉内的停留时间，改善燃料的燃尽率，提高煤泥比例还可以增加炉膛上部的颗粒浓度，有利于提高炉膛上部的传热，降低炉膛温度，便于污染物的控制。根据盘北电厂300 MW循环流化床锅炉机组大比例掺烧煤泥的运行数据，分析了掺烧煤泥比例对床温、排烟温度、底渣与飞灰含碳量的影响。当锅炉负荷为300 MW时，掺烧煤泥后床温明显降低，飞灰含碳量和排烟温度随着掺烧煤泥比例的增加而增大，底渣含碳量则随着掺烧煤泥比例的增加而降低。为了实现大比例掺烧，建议控制矸石的入炉煤粒径，且需要强化尾部吹灰或适当调整尾部受热面。

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洁净煤技术

2020年第01期

665

408
抗结渣生物质燃料研究进展

作者(Author)：刘宏宇, 张守玉, 宋晓冰, 胡南, 孙梦圆, 常明

摘要：生物质作为价格低廉、来源广泛的绿色能源，具有巨大的利用潜力。但由于生物质本身碱金属(主要为钾)含量较高，在燃烧利用过程中存在如碱结渣、灰分融合、团聚、腐蚀等问题。其中，结渣存在于整个生物质利用过程中，形成极难处理的结块与沉淀，对锅炉本身及运行造成危害。因此，抗结渣生物质燃料是实现生物质高效利用的可行手段。目前可通过添加剂、共燃、化学预处理、涂层等方式改变生物质利用过程中碱金属氯化物、硫酸盐、硅酸盐的生成和转化途径，以解决生物质热转化利用过程中的结渣问题。其中利用添加剂与生物质受热反应生成新的高熔融点产物的处理方式具有较好抗结渣效果。笔者介绍了生物质中碱金属的存在形式及其热转化过程中钾的释放路径、迁移规律，概括了生物质热转化利用过程中的结渣机制，总结了铝基、钙基、磷基3种添加剂在生物质抗结渣过程中的作用机理。使用添加剂可使生物质燃料达到较好的抗结渣效果，磷基添加剂可较好地解决烟道与炉底结渣问题，钙基添加剂只能解决炉底结渣但会造成严重的烟道结渣，铝基添加剂虽能达到与磷基相近的结果，但成本较高且作用效果随温度的升高而减弱。未来抗结渣生物质燃料的研究方向可从新型添加剂出发，寻找既可固定气相中的钾，也能与灰渣中硅酸钾形成高熔融点物质的单一化合物或混合矿物质添加剂；另一方面也应考虑添加剂与生物质混合后的成型问题，开发具备高机械强度的抗结渣成型生物质。最后介绍了上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室在抗结渣高机械强度生物质成型燃料方面的进展。以期为抗结渣生物质成型燃料的研究与开发提供一定的参考。

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2020年第01期

717

339
大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质研究进展

作者(Author)：刘家利, 王志超, 邓凤娇, 屠竞毅, 方顺利

摘要：为提高生物质在大型煤粉电站锅炉直接掺烧的安全性和经济性，分析了多种典型生物质与典型煤种的煤质及燃烧性能差异，论述了掺烧生物质后对锅炉主机及辅机的设备适应性及运行的影响，同时分析了国内外煤粉锅炉直接掺烧生物质的典型掺烧方式及特点。结果表明，生物质具有水分高、密度低、挥发分和氧含量高、硫含量低、环保性能好等优势。大型煤粉电站锅炉掺烧生物质时，需充分考虑掺烧生物质对机组设备的适应性及运行参数的影响，重点考虑生物质的全水分、发热量、灰熔融温度和灰成分中Fe2O3、CaO、MgO和K2O等碱性氧化物对燃料制备、储存和输送，锅炉效率，制粉系统出力，带负荷能力及锅炉的结渣、沾污和腐蚀等影响。通过优选生物质种类，掺烧5%～10%的成型生物质对大型煤粉电站锅炉主机、燃烧系统、制粉系统及其他辅机系统运行无明显影响。综合考虑技术可行性、经济性及运行安全性，采用独立喷燃工艺2即利用锅炉备用制粉系统实现生物质独立掺烧的经济性更高。为防止生物质燃烧器的烧损，要求磨制生物质燃料的磨煤机进口风温在100 ℃以内，以保证磨出口一次风温不超过50 ℃，以40～45 ℃为宜。当生物质比例低或掺烧时间短时，可考虑共磨掺烧方案，但需严重控制生物质自燃，确保生物质掺烧的安全性。因此通过优选生物质种类和掺烧方式、控制掺烧比例、优化运行参数等可保证大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质的安全运行。在大容量高参数的煤粉锅炉上直接掺烧生物质具有投资和占地面积少、无或少量设备改造、热效率高、掺烧不受季节影响等优势，目前制约其大规模推广应用的主要原因是生物质不受人工干预的准确计量。

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2019年第05期

675

232
双锥燃烧器燃用污泥水煤浆的燃烧特性和数值模拟

作者(Author)：程晓磊

摘要：为促进城市污泥的资源化利用,解决污泥物理处置中存在的二次污染问题,以及传统污泥干化焚烧中干燥成本高的问题,提出了将污泥浆与煤粉掺混制备污泥水煤浆,利用具有强化燃烧功能的中心逆喷双锥燃烧器燃烧的技术思路。通过热重分析试验对比了煤粉、水煤浆、污泥水煤浆的燃烧特性,并利用数值模拟研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上的燃烧特性,通过降低二次风量、提高二次风旋流强度及二次风温度等强化燃烧的措施,研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上应用的可行性。污泥水煤浆的基础燃烧特性试验结果表明,水煤浆中水分超过35%,除影响燃料热值外,水蒸发吸热是影响污泥水煤浆燃烧过程着火和燃尽的关键因素。由于水分的存在,水煤浆起始着火温度高于煤粉11．3 ℃,燃尽温度低于煤粉13．6℃,其最大吸热速率为0．504kW/kg,占水煤浆最大放热速率的56．05%, 总吸热量为1．917MJ/kg,占燃烧放热量的9．94%;掺烧20%污泥时,污泥水煤浆起始着火温度高于水煤浆12．3℃,燃尽温度低59．1℃,水蒸发吸热量为0．546kW/kg,比水煤浆燃烧高8．4%,总放热量为16．88MJ/kg,比水煤浆燃烧低12．5%。通过采用双DPM的离散相数值模拟模型,充分考虑污泥水煤浆燃烧时水蒸发过程的影响,对污泥水煤浆燃烧的数值模拟更接近实际结果。 14MW双锥燃烧器的污泥水煤浆燃烧模拟结果表明,直接使用现有双锥燃烧器无法实现污泥水煤浆的稳定燃烧,仅可燃烧水含量为25%左右的污泥水煤浆。污泥水煤浆中水含量由0增至35%时,平均每提高1%水含量,燃烧器出口温度下降7．95℃,燃烧器内平均温度下降7．69℃;水含量为35%时,燃烧器内平均温度降低269℃,燃烧器出口平均温度降低278℃。污泥水煤浆在双锥燃烧器内的燃烧,可通过降低二次风量、增加二次风旋流强度、提高二次风温度等强化燃烧措施实现。二次风旋流强度由1变为2时,燃烧器出口平均温度提高20℃,二次风量减少为理论空气量的0．6,燃烧出口平均温度提高203℃,综合使用降低二次风量、增加旋流强度和提高二次风温的措施后,燃烧器出口平均温度提高289℃,基本接近该燃烧器燃用煤粉时的燃烧条件,双锥燃烧器基本可达到稳定燃烧污泥水煤浆的目的。

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洁净煤技术

2019年第04期

582

179
两类锅炉中兰炭粉和生物质混燃特性数值模拟

作者(Author)：李美军, 程晓磊, 杨石, 张鑫, 王永英, 崔豫泓

摘要：清洁能源兰炭粉价格低且污染物排放量小,但其着火和燃尽困难。可再生能源生物质清洁低碳、易于获取且利于着火,但其能量密度低。二者混燃可有效改善兰炭粉的着火和燃烧特性,解决生物质能量密度低的问题,有利于提高燃料适用性。针对煤科院自主研发的水冷式和风冷式锅炉,研究了不同掺混比例对兰炭粉和生物质混燃特性的影响,分析了不同型式的锅炉中不同混燃特性产生的原因。采用数值模拟方法建立了三维等比例模型,综合考虑了湍流、传热、挥发分析出和燃烧、固定碳燃烧、颗粒流动等实际燃烧过程。模型计算结果与文献试验结果的相对误差不超过5%,从而验证了模型的准确性。分析对比了不同掺混比例下,两类锅炉燃烧器出口温度分布、燃烧区域温度分布、炉膛出口温度分布及氧含量分布等。结果表明:水冷式锅炉中,掺混比例为2/8时燃烧器出口平均温度和最高温度、燃烧区域平均温度以及炉膛出口平均温度均最高,炉膛出口平均氧含量为最低值6%, 燃烧性能最好,4/6和10/0时最差。风冷式锅炉中,掺混比例为4/6 时燃烧器出口平均温度和最高温度达到最高,氧含量最低,为4．8%,因此燃烧性能最好,8/2 和10/0 时最差。随掺混比例增大,两类锅炉燃烧器内的着火位置逐渐向前锥推移并在前锥最前端出现最高温度;水冷式锅炉着火位置偏向前锥时对炉膛内燃烧性能下降的影响较大。两类锅炉相比,风冷式锅炉的各温度参数明显较高,氧含量较低;水冷式锅炉在最佳工况2/8时,除燃烧区域最高温度外,各温度参数均低于风冷式,氧含量高1%,燃烧性能低于风冷式锅炉;风冷式锅炉处于最差工况8/2 时,温度比水冷式锅炉高300~700 K,氧含量是其1/2,故燃烧性能高于水冷式锅炉;在相同掺混比例下,风冷式锅炉燃烧性能明显优于水冷式锅炉。

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2019年第04期

681

159
对冲锅炉生物质气与煤粉混燃模拟研究

作者(Author)：徐皓鹏, 任少辉, 邵敬爱, 曾阔, 杨海平, 张世红, 陈汉平

摘要：为探究生物质气与煤粉混燃对锅炉燃烧特性和污染物生成特性的影响,采用Fluent软件模拟600 MW超临界对冲锅炉内生物质气与煤粉混燃过程,研究在0、10%和20%三种不同混燃比条件下,稻壳、木屑、麦秆和稻秆混合原料气化450℃的生物质气与煤粉混燃时对锅炉燃烧特性以及污染物生成特性的影响。结果表明:加入生物质气与煤混合燃烧时,混燃比增加,利于促进锅炉的燃烧,但锅炉产生的烟气量增加,使锅炉整体燃烧温度降低;混燃比每增加10%,燃烧温度降低50℃;随着混燃比增加,锅炉内O2含量整体下降,燃烧更加剧烈,CO迅速发生反应并完全反应,CO2生成量上升,而SO2和NOx体积分数下降,20%混燃比时分别可最大降低21%和48%。模拟研究的混燃结果较为可信,混燃生物质气可显著降低锅炉污染物排放。

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2018年第05期

719

128
水煤浆在双锥逆喷燃烧器内燃烧过程的数值分析

作者(Author)：莫日根, 王乃继, 程晓磊

摘要：为了研究煤粉和煤浆在双锥燃烧器内燃烧过程的区别,应用计算流体软件Fluent,对14 MW逆喷双锥燃烧器建立了燃烧过程的热态模型,分别进行煤粉和水煤浆的燃烧过程模拟研究。结果发现:水煤浆和煤粉的速度场基本类似;水煤浆中水分汽化增大了燃烧器的阻力,使离散相颗粒在燃烧器内的停留时间增加;由于水分高,水煤浆着火位置较煤粉延后110 mm;燃用水煤浆的燃烧器内平均温度和出口温度分别比燃用煤粉低162 K和199 K;水煤浆火炬的核心温度区比煤粉火炬提前438mm,且水煤浆火炬刚性更强,但衰减速度较快。水煤浆的燃烧特性处于逆喷双锥燃烧组织控制的有效范围,证明该燃烧组织原理是解决水煤浆燃烧温度与效率之间矛盾的有效方法之一。

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2018年第02期

1018
水煤浆在双锥逆喷燃烧器内燃烧过程的数值分析

作者(Author)：莫日根, 王乃继, 程晓磊

摘要：为了研究煤粉和煤浆在双锥燃烧器内燃烧过程的区别,应用计算流体软件Fluent,对14 MW逆喷双锥燃烧器建立了燃烧过程的热态模型,分别进行煤粉和水煤浆的燃烧过程模拟研究。结果发现:水煤浆和煤粉的速度场基本类似;水煤浆中水分汽化增大了燃烧器的阻力,使离散相颗粒在燃烧器内的停留时间增加;由于水分高,水煤浆着火位置较煤粉延后110 mm;燃用水煤浆的燃烧器内平均温度和出口温度分别比燃用煤粉低162 K和199 K;水煤浆火炬的核心温度区比煤粉火炬提前438mm,且水煤浆火炬刚性更强,但衰减速度较快。水煤浆的燃烧特性处于逆喷双锥燃烧组织控制的有效范围,证明该燃烧组织原理是解决水煤浆燃烧温度与效率之间矛盾的有效方法之一。

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2018年第02期

1040

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