两股平行浓淡煤粉射流着火特性的研究和应用

发布时间：2020-07-11 06:35

【摘要】：水平浓淡煤粉燃烧技术已被哈锅、上锅、东锅及武锅等大型锅炉制造厂广泛应用于四角切圆锅炉,该技术中两股浓、淡煤粉气流的着火分别在还原性气氛和氧化性气氛下发生,现有研究主要集中于单一气氛下单股煤粉气流的着火特性,无法准确诠释浓淡煤粉气流的着火过程。当前煤粉锅炉普遍采用空气分级燃烧技术,主燃烧区为还原性气氛,为此本文建立了可模拟实际切圆锅炉中单支直流浓淡煤粉燃烧器着火和燃烧过程的实验装置,研究了还原性气氛下平行浓淡煤粉射流的着火特性及颗粒物生成特性,进一步完善煤粉的燃烧理论,指导水平浓淡煤粉燃烧器的合理设计,为研究成果的工业应用奠定基础。本文首先对澳大利亚烟煤、印度尼西亚次烟煤及其混煤(以上两种煤质量比1:1)开展热重燃烧实验,获得其着火温度及着火稳定指数等燃烧特性指数。进行平行浓淡煤粉射流着火的数值模拟,优化实验装置的设计参数,建立了六股射流同轴相交着火的250k W浓淡煤粉直流射流燃烧实验装置。采用火焰光谱方法定量分析了平行浓淡煤粉射流的着火距离和挥发分、焦炭的燃烧反应强度,并结合着火区域温度分布特性分析了平行浓淡煤粉射流的着火模式及火焰稳定性等着火特性。采用烟气分析仪和ELPI分别对主燃烧区NO_x和尾部烟道的颗粒物进行取样分析,获得了还原性气氛下燃烧条件、燃料特性对NO_x和细颗粒物生成特性的影响规律。最终依据均相-异相联合着火模式下较短的着火距离、较高的燃烧温度及可见光强度的峰值、较强的火焰稳定性、较高的煤粉燃尽率及较少的NO_x生成等原则,获得水平浓淡煤粉燃烧器的关键设计参数。实验研究了一次风特性对平行浓淡煤粉射流着火特性的影响,结果表明,煤粉着火初期高温环境的辐射换热比高温烟气对流换热的影响更大,高温烟气的对流换热对焦炭的后续燃烧起了更大的促进作用。一次风速大于等于16m/s时,浓侧煤粉射流的着火均优于淡侧,连续火焰区均偏向于浓侧煤粉射流的方向。一次风速为16m/s时平行浓淡煤粉射流的着火距离最短,后续燃烧温度及可见光强度的峰值最高,火焰最稳定,燃尽率最高,NO_x的生成最少。烟煤在一次风速为13m/s和16m/s时为均相-异相联合着火。次烟煤在一次风速16m/s时为均相-异相联合着火。混煤在一次风速为14m/s、16m/s及22m/s时为均相-异相联合着火。随着一次风温的增加,平行浓淡煤粉射流的着火距离逐渐减小,后续燃烧温度及可见光强度的峰值逐渐增加,火焰稳定性逐渐增强,NO_x的生成逐渐减少。一次风温在85℃和100℃为均相-异相联合着火,70℃时为均相着火。根据实验条件下的研究结果,推荐水平浓淡煤粉燃烧器设计一次风速为16~20m/s。实验研究了煤粉浓度对平行浓淡煤粉射流着火特性的影响,结果表明,在实验范围内随着初始煤粉浓度和煤粉浓淡比的增加,平行浓淡煤粉射流的着火距离逐渐减小,后续燃烧温度及可见光强度的峰值逐渐增加,火焰稳定性逐渐增强,燃尽率逐渐增加,NO_x的生成逐渐减少。烟煤在初始煤粉浓度为0.28~0.47kg/kg时为均相-异相联合着火。次烟煤在初始煤粉浓度为0.33及0.41kg/kg时为均相-异相联合着火,0.53kg/kg时为均相着火。平行浓淡煤粉射流在煤粉浓淡比大于等于3时为均相-异相联合着火。根据实验条件下的研究结果,推荐水平浓淡煤粉燃烧器在实验范围内的煤粉浓淡比为4~5。实验研究了燃料特性对平行浓淡煤粉射流着火特性的影响,结果表明,在实验范围内随着原煤当量水分和煤粉细度的减小,平行浓淡煤粉射流的着火距离逐渐减小,后续燃烧温度及可见光强度的峰值逐渐增加,火焰稳定性逐渐增强,燃尽率逐渐增加,NO_x的生成逐渐减小。原煤当量水分对平行浓淡煤粉射流着火前期产生抑制的负效应,对后续燃烧产生促进的正效应。烟煤在煤粉细度R_(75)为12%和16%时为均相-异相联合着火,26%时为均相着火。当原煤当量水分调节至各自原煤的水分含量时,按照从烟煤、混煤至次烟煤的顺序,着火距离依次增加,后续燃烧温度及可见光峰值强度依次减小,燃尽率依次降低,火焰稳定性依次变差,NO_x的生成依次增加。烟煤为均相着火,次烟煤及混煤为均相-异相联合着火。混煤的着火特性趋近于次烟煤,燃尽特性趋近于烟煤。韩国南部电力公司下属某电站的#4锅炉共6层煤粉燃烧器。根据实验条件下的研究结果设计水平浓淡煤粉燃烧器,对其中1层(E)煤粉燃烧器进行改造,相同条件下锅炉SCR入口处NO_x排放浓度从265mg/Nm~3下降为236mg/Nm~3,每k W发电负荷的NO_x排放水平下降11%,SCR的喷氨量减少42kg/h。实验研究了还原性气氛下浓淡煤粉燃烧过程中颗粒物的生成特性,结果表明,还原性气氛下浓淡煤粉燃烧过程中生成PM_(10)粒数浓度及质量浓度的粒径分布与实际锅炉尾部烟气中不同,最多存在一个峰值。初始煤粉浓度为0.41kg/kg时,次烟煤生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)最少。随着煤粉浓淡比的增加,混煤的着火特性逐渐变好,浓侧射流的还原性气氛逐渐增强,生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)逐渐减少。一次风速为16m/s时混煤的着火特性最好,生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)最多。不同煤种时,次烟煤生成最少的PM_(0.38-10),混煤生成最少的PM_(0.38)。随着煤粉细度和原煤当量水分的增加,生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)均逐渐减少。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ534


本文编号：2750080