本文關(guān)鍵詞：基于光學(xué)診斷型攜帶流反應(yīng)器的煤粉著火及燃燒特性研究

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【摘要】：研究不同氣流條件和煤粉條件下的煤粉著火及燃燒特性,對于闡明煤粉著火機(jī)理及指導(dǎo)燃燒器設(shè)計(jì)、電站運(yùn)行等工業(yè)實(shí)踐都具有重要的意義。由于各研究者使用試驗(yàn)系統(tǒng)的差異,對不同條件下煤粉著火及燃燒機(jī)理仍然沒有得到普遍一致的結(jié)論。缺乏先進(jìn)光學(xué)診斷技術(shù)的運(yùn)用制約著煤粉著火及燃燒研究領(lǐng)域發(fā)展。在文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上,針對目前在煤粉著火及燃燒領(lǐng)域研究上存在的問題和承擔(dān)課題的需求,自主設(shè)計(jì)搭建了光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)最大程度上模擬煤粉鍋爐內(nèi)燃燒環(huán)境,可運(yùn)用各種光學(xué)診斷手段對煤粉著火及燃燒特性進(jìn)行深入研究,并且可通過收集焦炭從焦炭側(cè)輔助研究。構(gòu)建了基于ICCD相機(jī)、單反相機(jī)等設(shè)備的煤粉火焰自發(fā)輻射測量系統(tǒng),開發(fā)了一套圖像處理方法,實(shí)現(xiàn)了對煤粉射流火焰著火延遲時(shí)間及主燃燒段長度的定量計(jì)算分析。通過實(shí)際測量和數(shù)值模擬兩種方式說明試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性,并通過調(diào)試改進(jìn)使試驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。通過模擬要開展的兩種類型試驗(yàn)煤粉燃燒所處的環(huán)境,說明試驗(yàn)方案的合理性。在光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng)上開展高溫流動(dòng)條件下煤粉著火及燃燒特性的研究,通過煤粉射流火焰總光強(qiáng)(全波段范圍內(nèi)黑體輻射)分布曲線和OH基自發(fā)輻射分布曲線獲得總著火點(diǎn)和總?cè)紵伍L度及揮發(fā)分著火點(diǎn)和揮發(fā)分燃燒長度,考察對煤粉燃燒影響最重要的幾個(gè)參數(shù)——環(huán)境溫度、環(huán)境氧濃度、煤種及粒徑對煤粉著火延遲時(shí)間及主燃燒長度的影響。并提出通過煤粉總著火延遲時(shí)間和揮發(fā)分著火延遲時(shí)間的對比,間接判斷煤粉著火模式的方法。研究結(jié)果表明:隨著環(huán)境氧濃度的提高不同條件下煤粉總著火延遲時(shí)間幾乎都線性下降,總主燃燒段長度都變短;中粒徑煙煤在10%氧濃度下為聯(lián)合著火,在20%和30%氧濃度下為異相著火;中粒徑褐煤在10%和20%氧濃度下為聯(lián)合著火,在30%氧濃度下為異相著火;大粒徑煙煤在10%和20%氧濃度下為均相著火,在30%氧濃度下為聯(lián)合著火。在1600K-1800K范圍內(nèi),溫度改變影響比較小,溫度的提高能使煤粉著火延遲時(shí)間略微變短。中粒徑神華煙煤氣流先發(fā)生單顆粒著火而后煤粉氣流發(fā)生“群燃”,準(zhǔn)東煙煤和神華煙煤著火及燃燒特性比較接近,而褐煤與之相比著火延遲時(shí)間更長,但主燃燒段更短。為了使得研究結(jié)果更能指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐,通過安排一次風(fēng)空氣攜帶煤粉和外側(cè)二次風(fēng)空氣裹挾實(shí)現(xiàn)煤粉燃燒的局部氣氛初期為空氣,后向煙氣氣氛漸變,使得光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng)能最大程度上模擬煤粉鍋爐爐內(nèi)燃燒環(huán)境,開展近爐內(nèi)燃燒條件下煤粉著火及燃特性的試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:近爐內(nèi)燃燒條件下,中粒徑神華煙煤和準(zhǔn)東煙煤的著火模式都為聯(lián)合著火,它們的著火及燃燒特征和環(huán)境氧濃度為10%-20%氣氛條件下相似,準(zhǔn)東煙煤和神華煙煤著火及燃燒特性比較接近,而褐煤與之相比著火延遲時(shí)間更長,但主燃燒段更短。在1600K-1800K范圍內(nèi),溫度改變影響比較小,溫度的提高能使煤粉著火延遲時(shí)間略微變短。通過對收集到的焦炭做壓汞分析、電鏡掃描分析和工業(yè)分析等多種分析測試,發(fā)現(xiàn)煤粉經(jīng)過長時(shí)間的燃燒反應(yīng)和高溫停留之后的煤焦已經(jīng)軟化、孔的崩塌以及灰的熔化等現(xiàn)象,煤焦的比表面積和孔容積很小,考察不同試驗(yàn)條件對生成焦炭的孔隙結(jié)構(gòu)、微觀形貌、揮發(fā)分析出率和焦炭燃盡率的影響,從焦炭側(cè)分析得到的結(jié)論都很好印證了通過光學(xué)診斷手段研究煤粉射流火焰得到的結(jié)論。在近爐內(nèi)氣氛下生成煤焦容易團(tuán)聚成大顆粒,更難隨煙氣吹走。這些顆粒是由非常細(xì)小的焦炭團(tuán)聚而成的,特別是褐煤焦炭孔隙結(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá),顆粒細(xì)小,焦炭顆粒之間的吸附力強(qiáng)容易團(tuán)聚成小團(tuán)。
【關(guān)鍵詞】：煤粉 著火 燃燒 光學(xué) 攜帶流反應(yīng)器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK229.63;TK16
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-29
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-26
• 1.2.1 煤粉著火及燃燒特性的研究現(xiàn)狀11-22
• 1.2.2 利用PLIF研究煤粉著火及燃燒特性現(xiàn)狀22-26
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容26-28
• 1.4 本章小結(jié)28-29
• 第2章 試驗(yàn)系統(tǒng)的介紹29-42
• 2.1 光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)29-38
• 2.1.1 光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理29-30
• 2.1.2 平焰煤粉燃燒器30-33
• 2.1.3 供應(yīng)系統(tǒng)33-35
• 2.1.4 微量給粉系統(tǒng)35
• 2.1.5 試驗(yàn)艙35-37
• 2.1.6 尾氣排放系統(tǒng)、試驗(yàn)臺固定裝置37-38
• 2.2 煤粉火焰自發(fā)輻射測量系統(tǒng)及圖像處理方法38-41
• 2.2.1 煤粉火焰自發(fā)輻射測量系統(tǒng)38-39
• 2.2.2 圖像處理方法39-41
• 2.3 本章小結(jié)41-42
• 第3章 試驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試和試驗(yàn)方案42-58
• 3.1 光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng)的調(diào)試42-46
• 3.1.1 燃燒室的溫度場測量與校正42-43
• 3.1.2 微量給粉系統(tǒng)標(biāo)定43-45
• 3.1.3 燃燒過程中煤粉顆粒速度的測量45-46
• 3.2 燃燒室預(yù)混燃燒的數(shù)值模擬46-55
• 3.2.1 幾何模型及網(wǎng)格46
• 3.2.2 計(jì)算中用到的模型46-47
• 3.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果47-55
• 3.3 試驗(yàn)方案55-56
• 3.3.1 試驗(yàn)煤粉55-56
• 3.3.2 配氣方案56
• 3.4 本章小結(jié)56-58
• 第4章 高溫流動(dòng)條件下煤粉著火及燃燒特性58-82
• 4.1 引言58
• 4.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)58-59
• 4.3 不同氣流條件和煤粉條件下煤粉著火延遲及主燃燒段59-74
• 4.3.1 不同條件下中粒徑神華煙煤著火延遲及主燃燒段60-65
• 4.3.2 不同條件下中粒徑蒙東褐煤著火延遲及主燃燒段65-68
• 4.3.3 粒徑大小對神華煙煤著火延遲及主燃燒段的影響68-72
• 4.3.4 不同煤種對煤粉顆粒著火延遲及主燃燒段的影響72-74
• 4.4 煤粉在不同條件下燃燒生成焦炭特性分析74-81
• 4.4.1 不同條件下中粒徑神華煙煤焦炭壓汞分析74-77
• 4.4.2 不同條件下燃燒生成焦炭掃描電鏡（SEM）分析77-79
• 4.4.3 不同條件下燃燒生成焦炭工業(yè)分析79-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第5章 近爐內(nèi)燃燒條件下煤粉著火及燃燒特性82-92
• 5.1 引言82
• 5.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)82-83
• 5.3 不同溫度條件和煤粉條件下煤粉著火延遲及主燃燒段83-88
• 5.3.1 不同溫度下神華煙煤著火延遲及主燃燒段長度83-85
• 5.3.2 不同溫度下蒙東褐煤著火延遲及主燃燒段長度85-86
• 5.3.3 不同煤種對煤粉著火延遲及主燃燒段的影響86-88
• 5.4 煤粉在不同條件下燃燒生成焦炭特性分析88-90
• 5.4.1 不同條件下燃燒生成焦炭電鏡（SEM）分析88-90
• 5.4.2 不同條件下燃燒生成焦炭工業(yè)分析90
• 5.5 本章小結(jié)90-92
• 結(jié)論92-93
• 附錄93-96
• 一、光學(xué)診斷型攜帶流煤粉反應(yīng)器系統(tǒng)的操作步驟93-95
• 二、溫度校正程序(MATLAB程序)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果100-102
• 致謝102

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本文編號：946301