矿物质对煤粉燃烧颗粒物生成和沉积特性的影响机理
发布时间：2020-11-01 17:05
以准东煤为代表的典型煤种,在实际锅炉燃用中表现出极高的积灰结渣特性。目前仍然难以对炉内积灰过程进行准确预测,这一方面是因为沉积过程的“颗粒-流场-壁面”耦合作用的物理/化学过程具有内在复杂性,另一方面则是因为积灰研究中往往对高温场飞灰颗粒本身性质认识不足。针对这一状况,本论文立足25 kW高温自维持一维炉实验,在可调控的工况下兼顾煤粉燃烧过程的颗粒物生成和沉积特性,为理解矿物演化和受热面积灰机理提供可能。首先,本论文详细研究了煤粉燃烧中的挥发性矿物质的演化历程。通过对哈密煤和准东煤的PM_(10)生成特性比对,发现Na元素与Si、Al元素的相对含量,而非Na的绝对含量,是决定超细模态颗粒物PM_(0.2)生成特性的决定因素。在不同煤种燃烧生成的细颗粒物中,Na呈现不同的粒径分布规律,且可由单一变量,l=Na_2O/(SiO_2+Al_2O_3)(摩尔比)来刻画:随l值的变小,气态Na元素在颗粒相中的富集逐渐由均相成核、异相冷凝转换为化学反应机制占主导。本论文建立了双组分群平衡演化模型,推导了不同机制下的气相组分在颗粒中含量的粒径分布律,并对于高l值的准东煤燃烧过程中焰后烟气区的Na元素演化进行模拟。模拟结果重现了Na元素在超细颗粒粒径区间的(9~0-分布律,这是由于烟温在1420 K到1270 K之间发生的均相成核过程导致的。其次,本论文系统研究了针对准东煤的煤质调配对积灰及细颗粒物生成特性的影响。将准东煤与高Si、Al的HAF-2烟煤掺烧,以及对准东煤水洗预处理,都能降低积灰采集效率和超细模态PM_(0.2)的生成能力。混烧过程对气态Na有捕集作用,而水洗降低了气态Na的挥发量。对积灰堆积密度的离线表征特性与积灰过程表面温度的动态观测特性符合的很好。各煤种在高烟温区的积灰能力均显著高于低烟温区,且高温沉积层的强度也高于低烟温区积灰样。最后,本论文发现不同煤种的积灰采集效率与燃尽区PM_(0.2)生成能力存在正相关性。建立了细颗粒物沉积的混合“欧拉-拉格朗日”模型。模拟结果表明,在积灰初期,当内层PM_(10)沉积量达到~1.5 g/m~2时,主灰颗粒PM_(10+)平均粘附效率渐近增长:准东煤达到9.0%,哈密煤达到4.5%。本论文工作得到了颗粒在圆柱绕流流场中的撞击效率随Re数和St数的归一化关系,这使得一维炉积灰结果将能用于指导真实锅炉对流受热面积灰的预测与防控。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ534
【部分图文】：
与意义燃煤发电在可以预见的未来几十年内都将是一次能源ical Review of World Energy 2016）。在这一能源结构无发电过程的清洁、高效显得更为重要。而在燃煤锅炉运较大幅度变化，一个重要的安全稳定性因素就是炉内。这是燃用煤、生物质等含有矿物元素的固体燃料的能通过提高锅炉设计、运行及监控水平，选取合适煤种术（WangHetal,2009）、蒸汽吹扫（sootblower）技术合锅炉定期停炉及大修时的炉内清理等主动措施，将承受的水平。典型 Π 型锅炉的炉膛内结渣和水平烟道渣将显著增大各炉管的热阻，降低换热效率；同时，换热管壁的磨损与腐蚀；较大渣块的堆积也损害锅& Wigley, 1993; Bryers, 1996）。
1998）。烟气中（熔融态/半熔融态/固态）飞灰由于惯性脱离流线撞击受热烧器口附近的切圆火焰可能冲刷水冷壁造成的结渣、以及烟气在对流受柱管排绕流造成的积灰都属惯性作用，这是积灰结渣主体质量的最重要来，在高温烟气区，烟气温度高于水冷壁或换热面温度，近壁区细颗粒受到促进沉积。Beckmann et al（2016）比较发现，表面冷却控温的积灰管上高于不冷却的积灰管，表明特定情形下，热泳作用对积灰具有不可忽略的温下降时，矿质蒸气、气态硫和氯（SO2/SO3、HCl 和 Cl2）在积灰管/积的冷凝沉积、表面反应会进一步改变积灰层的表面性质；此外，在实际锅湍流场中，湍流脉动也会影响飞灰颗粒的沉积能力，不过这个机制在管式炉等机理性平台上一般不显著。对于不同煤种，不同沉积工况条件，以上相对强度具有不同的组合，再加上复杂的化学组分变化，因此产生多样的现象。积灰初期通常是选择性沉积，如图 1.2 所示，1200oC 烟温下，初在成分上与烟气中飞灰颗粒有很大不同，仅有低熔点成分的颗粒易于aruse et al, 2005）。
第 1 章 引言表面温度由其传热特性决定，一般定义整体固体导热与间隙内气体导热/对流/热辐射的寻求 keff关于积灰孔隙率 的经验公式（Furm渣层导热特性可见，换热管表面温度越高，灰烧结，加剧积灰结渣效应，这与实验观测相符（在动态积灰过程中，积灰烧结将使积灰热阻0）。通常对灰渣层采用离线方法测量热阻，但结构。Robinson et al（2001a&b）基于 Sand了积灰层热导率的在线测量：通过在线测热流差进行计算，这与很多文献中方法基本一致，积灰厚度、积灰管温度和积灰层外表面温度（态积灰的等效热导率为 0.14 0.03W/(m K)，）和并联模型（下限）之间。
【参考文献】
本文编号：2865833
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ534
【部分图文】：
与意义燃煤发电在可以预见的未来几十年内都将是一次能源ical Review of World Energy 2016）。在这一能源结构无发电过程的清洁、高效显得更为重要。而在燃煤锅炉运较大幅度变化，一个重要的安全稳定性因素就是炉内。这是燃用煤、生物质等含有矿物元素的固体燃料的能通过提高锅炉设计、运行及监控水平，选取合适煤种术（WangHetal,2009）、蒸汽吹扫（sootblower）技术合锅炉定期停炉及大修时的炉内清理等主动措施，将承受的水平。典型 Π 型锅炉的炉膛内结渣和水平烟道渣将显著增大各炉管的热阻，降低换热效率；同时，换热管壁的磨损与腐蚀；较大渣块的堆积也损害锅& Wigley, 1993; Bryers, 1996）。
1998）。烟气中（熔融态/半熔融态/固态）飞灰由于惯性脱离流线撞击受热烧器口附近的切圆火焰可能冲刷水冷壁造成的结渣、以及烟气在对流受柱管排绕流造成的积灰都属惯性作用，这是积灰结渣主体质量的最重要来，在高温烟气区，烟气温度高于水冷壁或换热面温度，近壁区细颗粒受到促进沉积。Beckmann et al（2016）比较发现，表面冷却控温的积灰管上高于不冷却的积灰管，表明特定情形下，热泳作用对积灰具有不可忽略的温下降时，矿质蒸气、气态硫和氯（SO2/SO3、HCl 和 Cl2）在积灰管/积的冷凝沉积、表面反应会进一步改变积灰层的表面性质；此外，在实际锅湍流场中，湍流脉动也会影响飞灰颗粒的沉积能力，不过这个机制在管式炉等机理性平台上一般不显著。对于不同煤种，不同沉积工况条件，以上相对强度具有不同的组合，再加上复杂的化学组分变化，因此产生多样的现象。积灰初期通常是选择性沉积，如图 1.2 所示，1200oC 烟温下，初在成分上与烟气中飞灰颗粒有很大不同，仅有低熔点成分的颗粒易于aruse et al, 2005）。
第 1 章 引言表面温度由其传热特性决定，一般定义整体固体导热与间隙内气体导热/对流/热辐射的寻求 keff关于积灰孔隙率 的经验公式（Furm渣层导热特性可见，换热管表面温度越高，灰烧结，加剧积灰结渣效应，这与实验观测相符（在动态积灰过程中，积灰烧结将使积灰热阻0）。通常对灰渣层采用离线方法测量热阻，但结构。Robinson et al（2001a&b）基于 Sand了积灰层热导率的在线测量：通过在线测热流差进行计算，这与很多文献中方法基本一致，积灰厚度、积灰管温度和积灰层外表面温度（态积灰的等效热导率为 0.14 0.03W/(m K)，）和并联模型（下限）之间。
【参考文献】
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本文编号：2865833
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