【摘要】：水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)已被哈鍋、上鍋、東鍋及武鍋等大型鍋爐制造廠(chǎng)廣泛應(yīng)用于四角切圓鍋爐,該技術(shù)中兩股濃、淡煤粉氣流的著火分別在還原性氣氛和氧化性氣氛下發(fā)生,現(xiàn)有研究主要集中于單一氣氛下單股煤粉氣流的著火特性,無(wú)法準(zhǔn)確詮釋濃淡煤粉氣流的著火過(guò)程。當(dāng)前煤粉鍋爐普遍采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù),主燃燒區(qū)為還原性氣氛,為此本文建立了可模擬實(shí)際切圓鍋爐中單支直流濃淡煤粉燃燒器著火和燃燒過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置,研究了還原性氣氛下平行濃淡煤粉射流的著火特性及顆粒物生成特性,進(jìn)一步完善煤粉的燃燒理論,指導(dǎo)水平濃淡煤粉燃燒器的合理設(shè)計(jì),為研究成果的工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文首先對(duì)澳大利亞煙煤、印度尼西亞次煙煤及其混煤(以上兩種煤質(zhì)量比1:1)開(kāi)展熱重燃燒實(shí)驗(yàn),獲得其著火溫度及著火穩(wěn)定指數(shù)等燃燒特性指數(shù)。進(jìn)行平行濃淡煤粉射流著火的數(shù)值模擬,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)參數(shù),建立了六股射流同軸相交著火的250k W濃淡煤粉直流射流燃燒實(shí)驗(yàn)裝置。采用火焰光譜方法定量分析了平行濃淡煤粉射流的著火距離和揮發(fā)分、焦炭的燃燒反應(yīng)強(qiáng)度,并結(jié)合著火區(qū)域溫度分布特性分析了平行濃淡煤粉射流的著火模式及火焰穩(wěn)定性等著火特性。采用煙氣分析儀和ELPI分別對(duì)主燃燒區(qū)NO_x和尾部煙道的顆粒物進(jìn)行取樣分析,獲得了還原性氣氛下燃燒條件、燃料特性對(duì)NO_x和細(xì)顆粒物生成特性的影響規(guī)律。最終依據(jù)均相-異相聯(lián)合著火模式下較短的著火距離、較高的燃燒溫度及可見(jiàn)光強(qiáng)度的峰值、較強(qiáng)的火焰穩(wěn)定性、較高的煤粉燃盡率及較少的NO_x生成等原則,獲得水平濃淡煤粉燃燒器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究了一次風(fēng)特性對(duì)平行濃淡煤粉射流著火特性的影響,結(jié)果表明,煤粉著火初期高溫環(huán)境的輻射換熱比高溫?zé)煔鈱?duì)流換熱的影響更大,高溫?zé)煔獾膶?duì)流換熱對(duì)焦炭的后續(xù)燃燒起了更大的促進(jìn)作用。一次風(fēng)速大于等于16m/s時(shí),濃側(cè)煤粉射流的著火均優(yōu)于淡側(cè),連續(xù)火焰區(qū)均偏向于濃側(cè)煤粉射流的方向。一次風(fēng)速為16m/s時(shí)平行濃淡煤粉射流的著火距離最短,后續(xù)燃燒溫度及可見(jiàn)光強(qiáng)度的峰值最高,火焰最穩(wěn)定,燃盡率最高,NO_x的生成最少。煙煤在一次風(fēng)速為13m/s和16m/s時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火。次煙煤在一次風(fēng)速16m/s時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火�；烀涸谝淮物L(fēng)速為14m/s、16m/s及22m/s時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火。隨著一次風(fēng)溫的增加,平行濃淡煤粉射流的著火距離逐漸減小,后續(xù)燃燒溫度及可見(jiàn)光強(qiáng)度的峰值逐漸增加,火焰穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng),NO_x的生成逐漸減少。一次風(fēng)溫在85℃和100℃為均相-異相聯(lián)合著火,70℃時(shí)為均相著火。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件下的研究結(jié)果,推薦水平濃淡煤粉燃燒器設(shè)計(jì)一次風(fēng)速為16~20m/s。實(shí)驗(yàn)研究了煤粉濃度對(duì)平行濃淡煤粉射流著火特性的影響,結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)隨著初始煤粉濃度和煤粉濃淡比的增加,平行濃淡煤粉射流的著火距離逐漸減小,后續(xù)燃燒溫度及可見(jiàn)光強(qiáng)度的峰值逐漸增加,火焰穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng),燃盡率逐漸增加,NO_x的生成逐漸減少。煙煤在初始煤粉濃度為0.28~0.47kg/kg時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火。次煙煤在初始煤粉濃度為0.33及0.41kg/kg時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火,0.53kg/kg時(shí)為均相著火。平行濃淡煤粉射流在煤粉濃淡比大于等于3時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件下的研究結(jié)果,推薦水平濃淡煤粉燃燒器在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的煤粉濃淡比為4~5。實(shí)驗(yàn)研究了燃料特性對(duì)平行濃淡煤粉射流著火特性的影響,結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)隨著原煤當(dāng)量水分和煤粉細(xì)度的減小,平行濃淡煤粉射流的著火距離逐漸減小,后續(xù)燃燒溫度及可見(jiàn)光強(qiáng)度的峰值逐漸增加,火焰穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng),燃盡率逐漸增加,NO_x的生成逐漸減小。原煤當(dāng)量水分對(duì)平行濃淡煤粉射流著火前期產(chǎn)生抑制的負(fù)效應(yīng),對(duì)后續(xù)燃燒產(chǎn)生促進(jìn)的正效應(yīng)。煙煤在煤粉細(xì)度R_(75)為12%和16%時(shí)為均相-異相聯(lián)合著火,26%時(shí)為均相著火。當(dāng)原煤當(dāng)量水分調(diào)節(jié)至各自原煤的水分含量時(shí),按照從煙煤、混煤至次煙煤的順序,著火距離依次增加,后續(xù)燃燒溫度及可見(jiàn)光峰值強(qiáng)度依次減小,燃盡率依次降低,火焰穩(wěn)定性依次變差,NO_x的生成依次增加。煙煤為均相著火,次煙煤及混煤為均相-異相聯(lián)合著火�；烀旱闹鹛匦在吔诖螣熋�,燃盡特性趨近于煙煤。韓國(guó)南部電力公司下屬某電站的#4鍋爐共6層煤粉燃燒器。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件下的研究結(jié)果設(shè)計(jì)水平濃淡煤粉燃燒器,對(duì)其中1層(E)煤粉燃燒器進(jìn)行改造,相同條件下鍋爐SCR入口處NO_x排放濃度從265mg/Nm~3下降為236mg/Nm~3,每k W發(fā)電負(fù)荷的NO_x排放水平下降11%,SCR的噴氨量減少42kg/h。實(shí)驗(yàn)研究了還原性氣氛下濃淡煤粉燃燒過(guò)程中顆粒物的生成特性,結(jié)果表明,還原性氣氛下濃淡煤粉燃燒過(guò)程中生成PM_(10)粒數(shù)濃度及質(zhì)量濃度的粒徑分布與實(shí)際鍋爐尾部煙氣中不同,最多存在一個(gè)峰值。初始煤粉濃度為0.41kg/kg時(shí),次煙煤生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)最少。隨著煤粉濃淡比的增加,混煤的著火特性逐漸變好,濃側(cè)射流的還原性氣氛逐漸增強(qiáng),生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)逐漸減少。一次風(fēng)速為16m/s時(shí)混煤的著火特性最好,生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)最多。不同煤種時(shí),次煙煤生成最少的PM_(0.38-10),混煤生成最少的PM_(0.38)。隨著煤粉細(xì)度和原煤當(dāng)量水分的增加,生成的PM_(0.38)和PM_(0.38-10)均逐漸減少。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ534


本文編號(hào)：2750080