基于FLUENT的高炉内煤粉燃烧效率模拟与优化研究

基于高炉燃烧场内的固、气两相流运动特点,建立了煤粉燃烧物理模型。根据工厂中现有的高炉相关数据,采用FLUENT软件模拟燃烧过程,分析了煤粉燃尽率与煤粉粒径、煤粉挥发分含量、鼓风含氧量、喷煤量以及鼓风温度等参数之间的关系。通过仿真实验研究了高炉内气固流动和煤粉燃烧的基本行为和特点,模拟结果表明,煤粉燃烧的最佳工况为:煤粉粒径减少至40~50μm,煤粉挥发分含量增加至30%~35%,鼓风温度保持在1 800 K,煤粉喷吹量在300~400 kg/h范围内。     

高炉煤粉燃烧氮氧化物减排控制仿真

如何预测并降低煤粉燃烧产生的氮氧化物排放量是治理大气污染问题的技术难点,当前存在的困难是燃烧场中各种操作条件的微小改动都会对NO_x的排放监测造成干扰。为了能够准确分析NO_x生成特性,制定有效的NO_x减排措施,建立了基于高炉燃烧场内的煤粉燃烧及NO_x生成的物理模型,并针对煤粉燃烧特点以及NO_x生成机理进行深入研究。仿真结果表明:随着煤粉粒径的减小,NO_x排放浓度有较大幅度的下降;通过降低炉膛温度及过量空气系数,其NO_x的排放量有所减少,但同时煤粉的燃烧效率也随之下降;提高挥发分含量后由于NO_x的还原作用逐渐加强导致高炉出口NO_x的浓度有所下降。通过仿真模拟可以比较准确地预测NO_x的生成特性,为工业应用中NO_x的排放量的控制提供理论依据。     

高炉旋风灰作为自产喷吹煤粉添加剂的相关研究

为了提高高炉干法除尘布袋的寿命,在重力除尘器和布袋除尘器之间加入旋风除尘装置,得到的旋风灰可以作为煤粉添加剂。对首秦高炉旋风灰进行粒度和化学成分分析,研究发现高炉旋风灰可以降低煤粉着火温度,提高燃烧效率,且其粒度分布与喷吹煤粉相似,可以作为高炉喷吹煤粉添加剂。通过实验室测定煤粉添加不同比例旋风灰后的燃烧率,确定在富氧率为3%,旋风灰添加比例为6%的条件下,可达到最佳的煤粉燃烧效果。旋风灰作为高炉自产的喷煤添加剂,与煤粉混合喷吹可以为企业减轻固废处理负担,同时带来可观的经济效益和社会效益。     

大粒径厨余垃圾水热碳化制备炭燃料

开展了不同温度条件（150～300℃）下大粒径（>2 cm）厨余垃圾水热碳化实验,研究了水热炭的理化性质、燃烧特性和关键元素迁移规律.实验结果表明,当水热温度过低,厨余垃圾颗粒尺寸影响水热碳化效果;大粒径厨余垃圾碳化需更高的水热温度;水热温度250～300℃产生的水热炭具有高热值(24.48～26.9 MJ·kg^-1)、高燃料比（0.44～0.56）、高含碳量（59.6%～65.6%）和低含灰量（8.51%～4.35%）的特点.随着水热温度提高,水热炭中碳含量升高、灰含量下降;水热炭的着火温度、燃烬温度、挥发分释放特性指数VI、可燃性指数CI和综合燃烧特性指数CP均上升,提高了燃烧稳定性;同时水热炭中K、Na浓度降低,有利于降低水热炭燃烧结焦;N、S在水热炭中分布比例下降,这将减少水热炭燃烧的烟气污染物排放.因此,水热碳化能实现大粒径厨余垃圾的燃料化利用.     

超细煤粉在氧化条件下NOx的释放特性实验研究

采用DTG(热重/差热分析仪)和GC-MS(气相色谱质谱联用仪)对鹤岗煤超细化煤粉进行燃烧试验,分析了粒径、氧气浓度、升温速率对NOx释放的影响.结果表明,不同粒径的鹤岗煤在氧气浓度为20%的燃烧条件下,NOx的析出均为单峰曲线;粒径对煤粉燃烧NOx释放有重要影响,超细化煤粉可以减少NOx的排放;在5.10、20℃/min升温条件下,随升温速率的增大NO和NO2的析出量也增加,并且NO的最大析出速率对应的温度随着升温速率的提高也提高;随着燃烧气氛氧气浓度的增高,NOx的析出量相应增加,并且NOx的最大析出速率对应温度相应降低.     

含油污泥-煤混合燃料燃烧特性研究

利用热重分析法研究了含油污泥-煤混合燃料在不同条件下的燃烧特性,分析了不同配比下混合燃料的挥发份析出特性、着火特性和燃尽性能。研究表明:不同配比混合燃料的燃烧阶段都可分为100~450℃和500~800℃2个温度区间;升温速率对混合燃料燃烧曲线影响不大;混合燃料的燃尽温度从空气条件下的800℃降低到富氧80%条件下的600℃,燃烧曲线向低温侧移动。混合燃料的挥发分初析温度从单煤时的410℃迅速降低到油泥含量40%时的200℃,煤中继续掺入油泥混合燃料,挥发分初析温度变化不大;随油泥含量增大,混合燃料的着火温度逐渐从510℃降低到275℃,燃尽温度逐渐从900℃降低到605℃,燃尽时间逐渐从60 min降低到41 min;混合燃料的油泥含量为40%时,稳燃特性指数最大。因此,混合燃料具有较好的燃烧特性。     

煤粉细度对一次颗粒物特性的影响研究

以3种不同细度的煤粉在沉降炉中做燃烧实验,利用8级Andersen粒子撞击器分级并捕集燃烧后的一次颗粒物.研究煤粉细度对煤粉燃烧后一次颗粒物特性的影响.结果表明,煤粉越细,燃烧后生成的颗粒物也越细, PM_i的排放量均随着煤粉细度的减小而增大,PM₁₀的量由粗煤粉和中煤粉的13 mg/g左右增大到了细煤粉的21 mg/g;PM_2.5的量由粗煤粉的2 mg/g增大到了细煤粉的8 mg/g.煤粉细度对煤粉燃烧后生成的总灰成分及含量影响不大,但对分级颗粒物的外观形貌影响较大.煤粉细度减小,痕量元素的R_EE增大.R_EE值大小的排列顺序依次为Pb>Cr>Zn>Cu>Ni.细煤粉生成的颗粒物中有毒痕量金属元素的含量更高.元素的挥发能力不受煤粉细度影响,但其挥发程度受煤粉细度影响却不同.细煤粉燃烧比粗煤粉燃烧具有更大的环境危害性.     

煤燃烧过程中影响NO_x转化的因素探讨

利用管式沉降炉对煤粉燃烧过程中的反应温度、初始氧浓度、反应时间、煤的挥发分及含氧量对燃料氮向NOx 转化的影响进行了试验研究 ,摸清了反应的规律 ,找出了影响转化的显著因素。     

1000 MW燃煤锅炉宽负荷区炉内结焦和飞灰含碳量分析

针对1台1 000 MW四角切圆塔式燃煤锅炉,研究煤粉粒径和锅炉负荷对炉内水冷壁结焦和飞灰含碳量的影响。利用FLUENT软件平台,对炉内燃烧进行了三维稳态数值模拟,并对结焦程度和结焦原因进行了详细分析。结果表明:在选定的50%、75%、100%3种负荷下,水冷壁的结焦程度和飞灰含碳量均随煤粉颗粒粒径的增大而增加。在选定的25,40,60,80,100,120μm 6种平均煤粉粒径下,水冷壁的结焦程度和飞灰含碳量均随锅炉负荷的降低而增加。针对锅炉低负荷下结焦严重和飞灰含碳量过高问题,应用广义回热技术,提高一次风、二次风温度,从而提高煤粉颗粒温度和燃烧效率,可以很大程度上解决该问题。该研究结果可为燃煤锅炉运行实践、设计以及改造提供依据。     

城市干污泥与水葫芦的混燃特性分析

对广州城市干污泥与水葫芦的单一及混合样进行了热重实验,通过TG-DTG曲线计算了不同焚烧条件下其混燃特性指数,建立了其掺烧的动力学方程.结果表明,污泥单独燃烧曲线分为水分析出、挥发分的析出和燃烧、次挥发分及固定碳的燃尽、残留物的燃烧和分解4个过程,其中,挥发分的析出和燃烧是污泥燃烧的主要控制阶段;水葫芦的燃烧则分为水分析出、挥发分析出燃烧、固定碳燃烧、残留物质的燃烧和分解.污泥添加10%~40%水葫芦后,其燃烧性能得到改善,其中,着火点Ti有所升高,挥发特性指数D及综合燃烧特性指数S分别增加了0.22~1.06、0.10~0.92倍.随着水葫芦的添加量增加,污泥挥发分析出及燃烧更加激烈,污泥和水葫芦混燃过程中出现较强的协同交互作用.相对于空气气氛,在富氧(V(CO2)/V(O2)=8/2)条件下,混合试样的燃烧受到抑制.采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到污泥的质量平均表观活化能(Em)在32.09~34.70 k J·mol-1之间,水葫芦的Em在30.56~51.63 k J·mol-1之间,而混合试样的Em在22.44~28.40 k J·mol-1之间,污泥与水葫芦混燃其Em有所降低,与燃烧特性指数的增加是相对应的.第一挥发分峰前取n=0.5、第一挥发分峰后及其他峰取n=2可描述各燃烧阶段的反应机理.     

甲基对硫磷在水-气界面挥发的动力学研究

研究了挥发时间、温度和气流量对农药甲基对硫磷在水-气界面挥发行为的影响.研究结果表明,随着温度升高、气流量增大甲基对硫磷挥发量明显增大,温度和气流量是影响甲基对硫磷挥发的主要因素;挥发时间在0～8 h内甲基对硫磷挥发量的变化较大,8h之后甲基对硫磷的挥发量基本不变化.研究了农药甲基对硫磷在水-气界面的挥发动力学.建立了甲基对硫磷在水-气界面挥发的动力学模型,模型计算所得的预测值与实测值基本吻合,相对误差≤5%,表明可用该动力学模型来预测甲基对硫磷在水-气界面的挥发行为.     

煤燃烧过程中影响NOx转化的因素探讨

利用管式沉降炉对煤粉燃烧过程中的反应温度、初始氧浓度、反应时间、煤的挥发分及含氧量对燃料氮向ＮＯｘ转的影响进行了试验研究，摸清了反应的规律，找出了影响转化的显著因素。     

明胶厂剩余高钙污泥作为燃煤固硫剂的应用研究

明胶生产产业在废水处理工艺中产生大量剩余高钙污泥,采用该剩余污泥作为燃煤固硫剂,在高温管式电阻炉内进行燃烧实验,通过测定燃烧前和燃烧后样品中的硫含量确定该剩余污泥的固硫效果。通过单因素研究煤粉粒径、剩余污泥粒径和剩余污泥/煤样%等影响因素对固硫率的影响。在单因素试验的基础上通过正交设计法优选达到较高固硫率的实验条件。实验结果表明:影响固硫率的因素从大到小依次为燃烧温度>剩余污泥/煤样%>煤粉粒径>剩余污泥粒径。以剩余污泥作为固硫剂,固硫率最高的实验条件为:燃烧温度800℃,剩余污泥/煤样为3%,煤粉粒径60⁹0目,剩余污泥粒径9090目,剩余污泥粒径90¹20目。并且,当温度达到1150℃,煤粉粒径90120目。并且,当温度达到1150℃,煤粉粒径90¹20目,剩余污泥粒径为60120目,剩余污泥粒径为60⁹0目,污泥/煤样(质量比)为3%时,固硫率可达62.78%,说明在高温下该剩余污泥保持较高的固硫率。将明胶厂剩余污泥作为固硫剂是较为合适的再利用方法,可有效缓解当前该污泥大量堆积污染环境的状况。     

动力厂煤粉锅炉制粉系统煤鸣问题原因分析及对策

从装置的温度、压力、炉前煤水含量、炉前煤挥发分及风粉混合浓度几个方面分析了煤粉锅炉制粉系统2次爆鸣发生的原因,提出了防止爆鸣问题的措施。     

城市污泥与煤或玉米秆混烧特性及动力学研究

利用热重分析法对城市污泥分别与煤或玉米秆混烧特性进行研究。结果表明:城市污泥燃烧过程存在挥发分析出和燃烧阶段及挥发分和固定碳燃尽阶段两个主要失重区间。城市污泥着火温度低,燃烧温度范围宽,失重速率低,燃尽性能特性指数Cb和综合燃烧特性指数SN性能均低于煤和玉米秆。掺混煤或玉米秆燃烧会改善城市污泥的燃尽特性和综合燃烧特性。采用积分法(Coats-Redfern方程)计算各阶段燃烧反应的动力学参数。混合试样中污泥含量增加,挥发分燃烧阶段活化能减小,固定碳燃烧阶段活化能增加。     

煤燃烧超细颗粒物的粒径分布及数浓度排放特征试验

利用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)对煤燃烧排放的超细颗粒物粒径分布特征进行测量研究,并对单位质量煤粉燃烧产生的超细颗粒物数量排放因子进行分析.结果表明,煤燃烧超细颗粒物数浓度粒径谱呈对数双峰分布,颗粒几何平均粒径(the geometry mean diameter,GMD)约为23.1 nm.在燃烧阶段,煤燃烧超细颗粒物数浓度随时间呈指数增长,各模态颗粒物数浓度与煤粉量呈线性相关关系,单位质量煤粉燃烧产生的核模态颗粒物数量排放因子为(1.50±0.64)×1010个·mg-1,爱根核模态颗粒为(1.18±0.56)×1010个·mg-1,积聚模态颗粒物为(0.19±0.06)×1010个·mg-1,总颗粒物为(2.87±1.09)×1010个·mg-1.在扩散过程中,颗粒粒径随时间呈线性增长,粒径增长速率与煤粉量呈线性相关关系.单位质量煤粉燃烧排放的颗粒粒径平均增长速率为7.5 nm·h-1·mg-1.     

螯合电镀污泥的基本理化特性及燃烧特性

在研究某园区螯合电镀污泥基本理化特性的基础上,针对其含有一定量的有机物及高金属含量的特点,利用红外-热联用技术(TGFTIR)对污泥在空气气氛下的燃烧特性和燃烧过程释放的气体组成进行了研究.结果表明,污泥中的有机物在空气中的燃烧经过4个阶段,其中,有机物的热解、燃烧发生在230~431.01℃范围的第2和第3阶段;燃烧过程会释放CO2、水蒸气和微量NH3、SO2,燃烧温度和控氧量决定释放气体的组成;另外,燃烧过程存在重金属的挥发,可采用有机高分子重金属捕集剂的碱性水溶液喷淋烟气,捕集挥发出的金属,净化焚烧过程释放的酸性气体.考虑到污泥中有机质的充分燃烧、金属铬、铁和铝等金属氢氧化物的分解及部分金属的挥发,污泥焚烧温度应控制在450~500℃左右.研究结果可为此类污泥焚烧热处理提供理论和技术支持.     

印染污泥干燥过程中挥发分冷凝液的研究

对某印染废水处理厂的污泥进行模拟干燥处理,以产生的挥发分冷凝液为研究对象来考察干燥温度和干燥程度对印染污泥干燥过程中污染物产生的影响。随着干燥温度的升高,挥发分冷凝液COD、NH3-N含量均升高,且在140℃至160℃时升高较快,分别为177～262 mg/L,100～130 mg/L,而pH较稳定。污泥含水率从65%干燥至5%时,挥发分冷凝液的COD、NH3-N含量升高不明显,分别为176～190 mg/L、85～105 mg/L。干燥温度比干燥程度更能影响印染污泥干燥过程中污染物的产生。     

污泥与煤、木屑的混合燃烧特性及动力学研究

通过热天平分析装置对城市污水污泥、煤及木屑单独或混合燃料的燃烧行为进行研究。结果表明,燃料的燃烧过程分为脱水干燥、挥发分的析出和燃烧、残余挥发分与焦炭的燃尽三个阶段;污泥的着火温度低,燃尽温度高,灰分产量高,燃烧放热量较低,挥发分与固定碳燃烧的活化能分别为26.67 kJ/mol和32.12 kJ/mol;污泥单独燃烧性能较差,综合燃烧指数较低为0.161×10-11 K-.3min-2,加入煤或木屑后能明显改善其燃烧性能,缩短燃烧温度范围,提高燃烧速率,降低灰分产率,但同时使挥发分与固定碳燃烧的活化能增加,燃烧对温度的敏感度增加。污泥与煤或者生物质废弃物混燃是污泥燃料资源化利用的较好方式。     

城市生活垃圾热解和燃烧特性试验研究

用TG-DTG-DTA（热重-微分热重-差热）热分析联用技术研究了5种城市生活垃圾试样的热解和燃烧特性。考察水分和挥发分释放温度、着火温度、燃烧速率最大时温度、初始燃尽温度、最大燃烧速率和燃烧放热量等热解和燃烧特性参数;计算了热解过程和燃烧过程的动力学参数。结果表明,5种试样在热解和燃烧模式上存在差别,前段热解过程对后续燃烧过程影响明显,5种试样在热解和燃烧阶段都可用一级反应的动力学方程描述。