煤颗粒热解过程中孔隙分形维数变化的数值模拟

为研究煤粉热解过程中孔隙分形维数的变化规律,更好地预测煤焦的燃烧行为,建立了基于颗粒分形孔隙的热解模型,对煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模拟.模型生成的颗粒在孔隙分形维数、孔隙率和颗粒密度方面与真实的煤粉颗粒相同.模型中采用官能团的裂解来描述热解中的化学反应,颗粒的膨胀由气体压力造成,热解模拟条件与沉降炉的实验条件相同.与实验结果相比,数值模拟能够定性地反映煤粉热解过程分形维数的变化规律.     

煤焦O_2/CO_2燃烧特性的改进离散随机孔模型解析

以小龙潭褐煤和焦作无烟煤作为研究对象,采用热重分析仪对煤焦的O_2/CO_2燃烧特性进行研究.以燃烧过程中煤焦颗粒反应速率与孔隙表面积之间的关键关系为切入点,对燃烧过程中非常小时间微元内的焦颗粒有效反应面积进行修正,并采用微元分析法求解随机微分方程,最终建立了预测煤焦O_2/CO_2燃烧特征的改进离散随机孔模型,并将此模型用于分析不同温度下小龙潭褐煤焦和焦作无烟煤焦的O_2/CO_2燃烧特性.通过与现有离散随机孔模型的比较发现,所提出的改进离散随机孔模型在整个燃烧阶段均能够得到较好的预测结果,而离散随机孔模型在燃烧后阶段的预测值与热重实验数据有较大偏差.     

干煤粉分级气流床的气化特性

针对根据无焰氧化技术设计的分级气流床气化炉,运用试验和数值模拟计算的方法对干煤粉在炉内的气化过程进行研究,分析不同进料方式及氧碳摩尔比对合成气中CO,H2和CO2体积分数、合成气热及碳转化率的影响.研究结果表明:实验结果与模拟结果基本吻合;相同进料方式下随着氧碳摩尔比的增大,合成气中CO和H2体积分数、合成气热先增大后减小,而CO2体积分数和碳转化率一直上升;相对于另外2种进料方式,三层喷嘴进料方式能使炉内温度场更均匀,平均温度提高,气化强度增加,由此表明气化炉结构和进料方式使炉内实现了基于无焰氧化技术煤粉空间气化反应的基本特征;同时,氧碳摩尔比最佳范围为1.0～1.1.     

流化床内煤燃烧的传热过程DEM数值模拟

采用离散单元法（DEM）对流化床内煤颗粒燃烧过程中的传热过程进行了数值模拟．气相湍流采用融e模型,颗粒相采用离散单元法（DEM）．颗粒传热过程考虑了颗粒与气相的对流传热、颗粒与床层的辐射传热、煤颗粒的燃烧热以及颗粒碰撞传热;燃烧过程中化学反应包括焦炭与O2和CO2的异相反应、挥发分燃烧及CO和O2的均相反应．模拟得到了煤颗粒的加热升温和燃烧过程中各种热量对煤颗粒传热的贡献大小,并对不同颗粒刚度系数、考虑颗粒旋转与不考虑颗粒旋转以及不同颗粒摩擦系数对各种传热量的影响敏感性进行了模拟．     

组合式贴壁风对660MW锅炉燃烧过程的影响

为防止电厂660 MW对冲燃烧锅炉出现水冷壁高温腐蚀现象,提出了锅炉前后墙和侧墙同时布置贴壁风的新型组合式方案.采用数值计算方法,对锅炉在原始工况和贴壁风工况下的炉内燃烧、传热及流动过程进行了数值模拟,重点考察了贴壁风对炉内速度场、温度场及烟气组分浓度场的影响.结果表明:模拟预测的强还原性区域与锅炉实际发生高温腐蚀区域相吻合;组合式贴壁风提高了侧墙的O2覆盖率,增加了覆盖区域的含氧量,而CO明显降低;贴壁风加入前后炉内燃烧温度和各组分浓度变化不大,对炉内燃烧几乎没有影响;从燃尽风引出的组合式贴壁风削弱了空气分级低氮燃烧作用,NOx排放略有增加.     

水蒸气对合成焦燃烧过程中SiO_2内含物气化挥发及PM生成特性的影响

为了综合分析温度和水蒸气含量对煤焦燃烧过程中二氧化硅(SiO2)气化挥发以及超细模态颗粒物(PM)生成特性的影响,利用高温管式沉降炉在1 400、1 800K的温度下模拟空气气氛(21%O2+79%N2),并分别加入体积分数为0%、5%、10%、20%、30%的水蒸气,进行合成煤焦燃烧实验。利用荷电低压撞击器(ELPI+)测得合成焦燃烧产物中PM的数量及质量浓度,并通过数量气化因子和气化率对SiO2气化挥发特性进行定量分析。研究表明:在各个实验工况下,超细PM的数量浓度占PM10数量浓度的比例达到99%以上,质量浓度占PM10质量浓度的比例不足1%;燃烧温度和水蒸气对SiO2气化的影响效果明显,在1 400K燃烧温度下,超细PM的累计数量浓度随着水蒸气的加入先减小后增大,累计质量浓度随水蒸气的加入而减小;在1 800K燃烧温度下,超细PM累计数量浓度和累计质量浓度均随水蒸气体积分数的提高而递增,1 800K、30%H2O时,合成焦中SiO2的数量气化因子和气化率均达到最大值,分别为7.95×1010/mg和0.95%。研究揭示了煤焦燃烧过程中超细PM生成及数量浓度与质量浓度的粒径分布关系,为高效降低燃煤过程中超细模态PM的排放量提供了理论依据。     

不同热解气氛煤焦结构及燃烧反应性

在水平管式炉上制得徐州烟煤在Ar, N2和CO2气氛下热解的煤焦,比较了其在元素组成、挥发分收率、化学组分、微观结构特性和孔分布特性方面的差异,并在热重分析仪上进行了燃烧试验,确定3种煤焦在O2+Ar, O2+N2和O2+CO2气氛下的燃烧动力学特性.结果表明:由于CO2对煤焦的气化作用,CO2气氛下煤热解较Ar或N2气氛下具有更高的挥发分收率;CO2气氛热解焦芳香族和烷基官能团含量均高于其他气氛热解焦,但羟基官能团含量比它们低;CO2气氛热解焦具有更丰富的2～4 nm的小孔结构,比表面积是其他气氛热解焦的100倍左右,比孔容积约为其他气氛焦的1.5倍.燃烧的化学反应动力学分析表明,不同气氛下煤焦燃烧均为一级反应,CO2气氛热解焦具有最小的活化能和指前因子.     

660MW超临界π型炉添加贴壁风模拟研究

针对某660MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀存在的问题,使用FLUENT添加贴壁风进行了模拟。通过不同风速下的贴壁风模拟来寻找最优贴壁风风速,使得贴壁风覆盖半径大且对炉内燃烧影响小。模拟结果表明:冷态模拟下风率为4.47%时,既能很好的覆盖水冷壁受腐蚀表面,形成气体保护膜,又能最低程度对配风及炉内燃烧产生影响;热态模拟时,炉内的CO体积分数、H_2S体积分数都大范围降到安全值以下,添加贴壁风后高温火焰位置上升,但炉内最高点温度及高温区域面积基本没有变化;贴壁风添加后SO_2生成量几乎没有变化,NOx的生成量有一定程度的增加,但增加量较小,在可以接受的范围内。     

煤流化床加压富氧燃烧过程的动态特性

为全面深入地了解流化床加压富氧燃烧过程动态特性,建立了流化床加压富氧燃烧过程动态模型,充分考虑了燃烧气氛和燃烧压力改变对炉内燃烧以及烟气组成的影响.基于该模型分别研究了送风氧浓度、燃烧压力以及燃煤量改变时,炉内床温和烟气中各组分体积分数的动态响应,并对其在不同氧浓度和燃烧压力下的响应特性进行研究.研究结果表明,氧浓度、燃烧压力以及燃料量阶跃增加10%会引起炉内床温升高,其中密相区响应速度更快;同时,烟气中各组分体积分数在不同参数扰动下响应各异,主要受到此时炉内燃烧状况以及对应的风量、燃料量改变的影响.此外,床温和烟气中CO_2体积分数在压力以及氧浓度突然增加时的动态响应分别在高氧浓度、高燃烧压力下更明显,响应速度更快.整个变化过程中,烟气中CO_2体积分数为90%左右,烟气中O_2体积分数在8%以下.研究所得相关动态响应规律可对后续控制系统设计及优化提供参考与依据.     

喷旋管道式分解炉内燃烧、分解过程的CFD模拟

针对水泥分解炉内煤粉燃烧、生料颗粒分解过程共存的特点，提出了相应的计算模型与方法，以CFX4为基础。采用用户软件，二次开发出模拟该现象的工程计算软件，并以工业化中实际使用的5500t／d的喷旋管道分解炉为对象，计算分析了炉内的煤粉燃烧、生料分解率在空间上的变化规律。探讨了炉内的湍流速度场及高温火焰燃烧区域、空气组分、颗粒体积浓度等的空间分布特征，指出了进一步优化的方向。     

甲醇/柴油PAHs形成途径的动力学模型与仿真

对甲醇/柴油化学反应和多环芳香烃(PAHs)的生成机理进行了分析,构建了由228种组分和1 584个基元反应组成的甲醇/柴油PAHs计算模型.采用CHEMKIN软件中的reflect shock和均质零维反应模型,研究了甲醇/柴油混合燃料的PAHs生成过程及变化规律.结果表明:该模型能准确预测甲醇/柴油燃烧过程中的反应温度,甲醇摩尔分数,反应中间产物CO,CO2,O2的摩尔分数随时间的变化规律和着火延迟;甲醇/柴油燃烧过程中,单个苯环主要通过丙炔基聚合和环化反应以及苯基的加氢反应形成;多个苯环主要通过脱氢加乙炔反应形成;PAHs的生成量随着甲醇掺混比例的增加而下降;随着混合气当量比减小,PAHs的前驱体C2H2,C3H3生成量减少.     

涡耗散模型和混合分数模型模拟锅炉煤粉掺烧污泥过程的适应性

分别使用组分输运涡耗散模型(EDM)和混合分数PDF模型,对1台100 MW四角切圆锅炉燃烧煤粉和掺烧污泥时,进行炉内流动、燃烧和污染物NOx排放数值模拟研究。研究结果表明:2种模型均能较好地模拟单煤燃烧时炉膛内部温度场和速度场;模拟烟气组分O2和CO2体积分数相接近,均较符合实际情况;EDM方法能较好地模拟水分吸热对炉膛燃烧的影响,在锅炉掺烧不同含水率污泥的燃烧数值模拟方面相比PDF模型更加合理;对比实际锅炉掺烧含水率为56%的不同配比污泥,模拟结果与现场试验结果相符,表明EDM能合理地模拟不同比例的高水分污泥的掺混燃烧。     

煤焦膨胀特性与残灰颗粒物的形成

研究了煤焦的膨胀特性及其对1~5μm残灰颗粒物生成的影响.将一种烟煤筛分为小于63μm,[63~100)μm和[100~200)μm三种粒径,并在实验室沉降炉中进行了热解和燃烧实验,反应温度分别为1 373 K,1 523 K和1 673 K.利用激光粒度分析仪和扫描电子显微镜等对热解和燃烧产物进行了分析.研究结果表明,该种烟煤由于含有较高的镜质组成分,在热解过程中表现出明显的膨胀特性,而且煤粉粒径越小,其镜质组含量越高,因此在热解过程中膨胀越厉害,形成的煤胞型颗粒越多.膨胀厉害的煤焦在燃烧过程中很容易发生破碎,形成更多的1~5μm残灰颗粒物.     

二甲醚掺氢低压层流预混火焰

利用同步辐射真空紫外光电离结合分子束取样质谱技术,研究了当量比为1.5,燃料掺氢体积分数为0%、40%和80%的二甲醚/氢气/氧气/氩气低压层流预混火焰。测量了火焰温度曲线和火焰物种的摩尔分数分布曲线,分析了掺氢对火焰温度、燃烧主要产物CO和CO2以及主要燃烧中间物CH2O、CH3、C2H2和C2H4的影响。研究结果表明:在低压预混二甲醚/氢气/氧气/氩气火焰中,随着掺氢比的增大,火焰温度逐渐降低,火焰中CO、CO2、CH2O、CH3、C2H2和C2H4的摩尔分数逐渐减小;在后火焰区,CO与CO2的摩尔分数比随着掺氢比的增大而减小,说明掺氢有利于CO氧化成CO2,促进二甲醚完全燃烧。     

200 MW四角切向燃烧煤粉炉炉内过程的数值模拟

借助FLUENT CFD软件平台，应用Eulerian/Lagrangian方法，在3种不同工况下，对200MW四角切向燃烧煤粉锅炉炉内的流动、传热及燃烧进行了数值模拟。为减小数值伪扩散的影响，采用了改进网格系统的措施。模拟结果表明：炉内最高温度出现天燃烧器区域，随着炉膛高度的增加，温度逐渐降低；整个炉膛空间存在旋转流场，从下至上旋转强度从弱到强，然后再逐渐减弱，直到炉膛出口仍存在残余旋流；炉内CO、O2和CO2的质量浓度分布与温度分布有很大关系，高温区对应着高的CO质量浓度和低的O2、CO2质量浓度。数值模拟结果为锅炉的运行和改造提供了参考依据。     

操作参数对MEA法捕集CO2吸收过程的影响研究

为了得到MEA溶液吸收烟气中CO2的规律,采用流程模拟软件PRO/Ⅱ对不同MEA质量分数的吸收液吸收CO2过程分别进行了模拟研究.模拟结果为:随着贫液体积流量的增加,CO2吸收率逐渐增大,且随着MEA溶液的质量分数的增加,CO2的吸收率也是逐渐增大的,但增大幅度逐渐变小.当吸收液中MEA的摩尔流量不足时,吸收液体积流率对CO2吸收率的影响比较明显,随着MEA摩尔流量的增加,影响越来越小.MEA质量分数偏低时,随着吸收液温度的升高,CO2吸收率先增大后减小;当MEA质量分数较高时,CO2吸收率逐渐增大,但增大幅度有限.烟气温度对CO2吸收率影响较小.吸收率随塔板数增多逐渐增大,但增大幅度越来越小.     

煤焦燃烧特性与其脱硝效率间的关联实验研究

采用神木烟煤在高温氮气气氛下制备煤焦,并探讨了不同的氧气体积分数及取样位置下煤焦脱硝与燃烧间的关联.结果表明:煤焦脱硝效能的最大发挥主要可通过再燃区氧气体积分数的调控来实现.当再燃区氧气体积分数低于3.26%时,控制氧气体积浓度在煤焦表面实现表面氧化反应控制下的燃烧状态,能促进煤焦颗粒大幅升温,同时通过限制着火强度可以保证颗粒表面存在氧化反应生成活性点所需的足够氧气,此时适当延迟取样有利于煤焦脱硝效率的提高;当再燃区氧气体积分数高于3.26%时,易导致煤焦进入表面还原反应控制燃烧状态,过多延迟取样则将失去强化脱硝的效果.     

人工神经网络预测高含CO2天然气的含水量*

提出了一种基于人工神经网络模型预测高含CO2天然气的含水量的新方法。网络输入变量CO2摩尔分数、温度、压力,网络的输出为高含CO2天然气的含水量。该人工神经网络模型能够估算温度在20.0～200.0℃,压力在0.1～70.0 MPa,CO2摩尔分数高达70%天然气中水蒸汽的含量。对比文中建立的人工神经网络模型和目前常用的3种预测高含CO2天然气的含水量的经验模型,结果表明,人工神经网络的平均相对误差值最小,为1.275%,3种经验模型在CO2含量较高时,预测精度较低。这就表明,人工神经网络模型在预测高含CO2天然气含水量时,比3种常用的经验模型更具有优势。     

准东煤旋风燃烧的数值模拟

为掌握准东煤在液态排渣旋风炉中的燃烧特性,对准东煤旋风燃烧过程进行了数值模拟。通过建立传热传质模型求解熔渣层的热物性参数,并作为边界条件代入燃烧CFD模拟中构建联合迭代算法。结果表明,迭代收敛后火焰温度与热电偶测量值基本吻合,误差小于4%。大于10μm的飞灰颗粒与熔渣层碰撞并被黏附,颗粒沉积可简化为一次碰撞。熔渣层厚度沿筒长方向呈非均匀分布,最大厚度约为2 mm,可近似为牛顿流体的流动边界层。排渣口处熔渣温度大于黏度25 Pa·s对应的温度,能够实现稳定液态排渣。立式旋风炉捕渣率大于0.6,捕渣率分布主要受配风方式的影响。     

O2/CO2气氛下燃煤过程中NOx排放特性实验研究

利用沉降炉在O2/CO2和O2/N2气氛下对煤粉燃烧过程中NOx排放特性进行实验,研究了不同停留时间、燃料/氧化学当量比、温度等因素对燃煤过程中NOx的排放特性的影响,并对2种燃烧方式下NOx的排放特性进行对比.结果表明:在O2/CO2气氛下NOx的生成量远远低于空气气氛下NOx的生成量,其主要原因是在O2/CO2气氛中高CO2质量浓度导致气氛中生成较高含量的CO,从而在未燃烧碳表面发生NO/CO/Char的反应,促进了NO还原为N2;O2/CO2气氛中没有N2,避免了热力型NOx和快速型NOx的生成;约80%的再循环烟气致使NOx的停留时间大为增加,即延长了NOx的还原反应时间,从而降低了NOx的排放.