纯燃准东煤并联循环流化床燃烧系统气固流动特性的冷模试验研究

发布时间：2020-09-27 10:07

　　 “贫油、少气、富煤”的资源禀赋决定了我国的能源结构在未来相当长的时间内仍以煤炭消费为主。新疆准东地区煤炭资源储量丰富且开采成本低,对我国能源发展有着重要的战略意义。但准东煤中碱金属含量过高导致其在燃用过程中存在严重的对流受热面沾污问题,并给电站锅炉运行带来安全危害和经济损失,极大地限制了准东煤在电站锅炉中的大规模使用。目前暂无从根本上解决准东煤对流受热面沾污的技术手段,只能控制与缓解沾污。因此,研制100%纯燃准东煤的技术刻不容缓,也是提高准东煤的经济价值,推动准东地区经济发展乃至整个新疆发展的重要课题。本文首先从理论上探讨了准东煤沾污的机理和影响因素,并综述了控制与缓解沾污的现有技术手段。其次在已有的研究成果上,结合循环流化床燃烧技术缓解沾污的优势及沾污对温度的敏感特性,提出采用并联流化床分级燃烧换热的思路,通过降低循环流化床炉膛出口烟温规避对流受热面沾污的敏感温度区间,以达到纯燃准东煤的目的。应用这一思路,针对一台75 t/h纯燃准东煤的并联循环流化床锅炉技术方案进行了相关热力计算,得到了实现纯燃准东煤时各并联流化床之间的气固流动特性。在一个自行设计建造的并联循环流化床冷模试验台上,采用光纤气固浓度和颗粒速度测量系统,对这一并联流化床之间的气固流动特性及其影响因素进行了系统地试验研究,获得了设计开发一台“纯燃准东煤并联循环流化床燃烧系统”所需的关键气固流动与控制参数。本文的创新点和主要研究成果是:首次提出了一种采用并联流化床分级燃烧换热技术的纯燃准东煤循环流化床燃烧技术方案,将常规循环流化床锅炉沾污较为严重的尾部烟道高温区受热面布置于炉内,同时使炉膛出口烟温低于沾污的敏感温度区间,从而降低沾污倾向,以实现准东煤燃烧装置的长期稳定运行。针对“纯燃准东煤并联循环流化床燃烧系统”技术方案所要求的气固流动特性,自行搭建一套并联循环流化床冷模试验系统,采用光纤气固浓度及颗粒速度测量系统,对该并联流化床内气固流动特性尤其是床料溢流特性、炉内空隙率沿炉膛高度的分布特性等对炉内燃烧传热有直接影响的诸因素进行了冷模试验研究及分析计算,完成了一系列冷模试验研究,得到了主流化床流化风速、溢流隔墙高度、主流化床静止床料高度、“副流化床一”及“副流化床二”的流化风速等对床料溢流特性的影响特性,验证了技术方案在气固流动及换热平衡方面的可行性。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ534
【部分图文】：

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新疆作为我国五大综合能源基地之一，尚未开发的煤炭资源储量丰富，预测资源总量达 2.19 万亿吨，占中国预测煤炭资源总量的 40%[10]。新疆煤炭资源分布集中，主要分布在准格尔，吐哈，伊利三大盆地，大多为待开发整装煤田，其中有百亿吨储量煤田 24 处，千亿吨储量煤田五处，大于 3000 亿吨储量的煤田 3 处。丰富的煤炭资源储量使新疆成为目前全国能源界的焦点，随着我国中部和东部的老煤炭基地资源的逐渐枯竭，新疆煤炭资源作为我国能源接续，将具有不可替代的重要地位。新疆最适宜开发的准东煤田预测储量高达 3900 亿吨[11]，占整个新疆煤炭储量 18%左右，目前累计探明储量达 2136 亿吨，是目前全国范围内储量最大的整装煤田，含煤 1-4 层，煤层质地稳定，结构简单，大部分为露天煤，其分布及现场开采情况如图 1.3、1.4 所示。相关勘探研究发现，准东煤作为一种天然洁净煤，其热值高，灰、氮、硫等含量非常少，属于低或特低的范围，是一种低污染，低排放的动力用煤，无论是发电单位还是化工行业都是很好的选择，能够大幅度降低燃用过程中的经济成本。

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重庆大学硕士学位论文受新疆特殊的地理位置、经济条件、大规模外送，严重阻碍了准东煤炭基地的自然地理环境，准东煤中碱金属的含量总体煤，部分矿区产煤甚至高达 10%以上[12]。焦性、高沾污性，极大地限制了准东煤在电目前，国内多处电厂掺烧准东煤时，等区域均出现了不同程度的结渣沾污问题爆管，被迫停炉，严重影响机组的安全正常

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