以準(zhǔn)東煤為代表的典型煤種,在實際鍋爐燃用中表現(xiàn)出極高的積灰結(jié)渣特性。目前仍然難以對爐內(nèi)積灰過程進行準(zhǔn)確預(yù)測,這一方面是因為沉積過程的“顆粒-流場-壁面”耦合作用的物理/化學(xué)過程具有內(nèi)在復(fù)雜性,另一方面則是因為積灰研究中往往對高溫場飛灰顆粒本身性質(zhì)認(rèn)識不足。針對這一狀況,本論文立足25 kW高溫自維持一維爐實驗,在可調(diào)控的工況下兼顧煤粉燃燒過程的顆粒物生成和沉積特性,為理解礦物演化和受熱面積灰機理提供可能。首先,本論文詳細(xì)研究了煤粉燃燒中的揮發(fā)性礦物質(zhì)的演化歷程。通過對哈密煤和準(zhǔn)東煤的PM_(10)生成特性比對,發(fā)現(xiàn)Na元素與Si、Al元素的相對含量,而非Na的絕對含量,是決定超細(xì)模態(tài)顆粒物PM_(0.2)生成特性的決定因素。在不同煤種燃燒生成的細(xì)顆粒物中,Na呈現(xiàn)不同的粒徑分布規(guī)律,且可由單一變量,l=Na_2O/(SiO_2+Al_2O_3)(摩爾比)來刻畫:隨l值的變小,氣態(tài)Na元素在顆粒相中的富集逐漸由均相成核、異相冷凝轉(zhuǎn)換為化學(xué)反應(yīng)機制占主導(dǎo)。本論文建立了雙組分群平衡演化模型,推導(dǎo)了不同機制下的氣相組分在顆粒中含量的粒徑分布律,并對于高l值的準(zhǔn)東煤燃燒過程中焰后煙氣區(qū)的Na元素演化進行模擬。模擬結(jié)果重現(xiàn)了Na元素在超細(xì)顆粒粒徑區(qū)間的(9~0-分布律,這是由于煙溫在1420 K到1270 K之間發(fā)生的均相成核過程導(dǎo)致的。其次,本論文系統(tǒng)研究了針對準(zhǔn)東煤的煤質(zhì)調(diào)配對積灰及細(xì)顆粒物生成特性的影響。將準(zhǔn)東煤與高Si、Al的HAF-2煙煤摻燒,以及對準(zhǔn)東煤水洗預(yù)處理,都能降低積灰采集效率和超細(xì)模態(tài)PM_(0.2)的生成能力。混燒過程對氣態(tài)Na有捕集作用,而水洗降低了氣態(tài)Na的揮發(fā)量。對積灰堆積密度的離線表征特性與積灰過程表面溫度的動態(tài)觀測特性符合的很好。各煤種在高煙溫區(qū)的積灰能力均顯著高于低煙溫區(qū),且高溫沉積層的強度也高于低煙溫區(qū)積灰樣。最后,本論文發(fā)現(xiàn)不同煤種的積灰采集效率與燃盡區(qū)PM_(0.2)生成能力存在正相關(guān)性。建立了細(xì)顆粒物沉積的混合“歐拉-拉格朗日”模型。模擬結(jié)果表明,在積灰初期,當(dāng)內(nèi)層PM_(10)沉積量達(dá)到~1.5 g/m~2時,主灰顆粒PM_(10+)平均粘附效率漸近增長:準(zhǔn)東煤達(dá)到9.0%,哈密煤達(dá)到4.5%。本論文工作得到了顆粒在圓柱繞流流場中的撞擊效率隨Re數(shù)和St數(shù)的歸一化關(guān)系,這使得一維爐積灰結(jié)果將能用于指導(dǎo)真實鍋爐對流受熱面積灰的預(yù)測與防控。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ534
【部分圖文】：

與意義燃煤發(fā)電在可以預(yù)見的未來幾十年內(nèi)都將是一次能源ical Review of World Energy 2016）。在這一能源結(jié)構(gòu)無發(fā)電過程的清潔、高效顯得更為重要。而在燃煤鍋爐運較大幅度變化，一個重要的安全穩(wěn)定性因素就是爐內(nèi)。這是燃用煤、生物質(zhì)等含有礦物元素的固體燃料的能通過提高鍋爐設(shè)計、運行及監(jiān)控水平，選取合適煤種術(shù)（WangHetal,2009）、蒸汽吹掃（sootblower）技術(shù)合鍋爐定期停爐及大修時的爐內(nèi)清理等主動措施，將承受的水平。典型 Π 型鍋爐的爐膛內(nèi)結(jié)渣和水平煙道渣將顯著增大各爐管的熱阻，降低換熱效率；同時，換熱管壁的磨損與腐蝕；較大渣塊的堆積也損害鍋& Wigley, 1993; Bryers, 1996）。

1998）。煙氣中（熔融態(tài)/半熔融態(tài)/固態(tài)）飛灰由于慣性脫離流線撞擊受熱燒器口附近的切圓火焰可能沖刷水冷壁造成的結(jié)渣、以及煙氣在對流受柱管排繞流造成的積灰都屬慣性作用，這是積灰結(jié)渣主體質(zhì)量的最重要來，在高溫?zé)煔鈪^(qū)，煙氣溫度高于水冷壁或換熱面溫度，近壁區(qū)細(xì)顆粒受到促進沉積。Beckmann et al（2016）比較發(fā)現(xiàn)，表面冷卻控溫的積灰管上高于不冷卻的積灰管，表明特定情形下，熱泳作用對積灰具有不可忽略的溫下降時，礦質(zhì)蒸氣、氣態(tài)硫和氯（SO2/SO3、HCl 和 Cl2）在積灰管/積的冷凝沉積、表面反應(yīng)會進一步改變積灰層的表面性質(zhì)；此外，在實際鍋湍流場中，湍流脈動也會影響飛灰顆粒的沉積能力，不過這個機制在管式爐等機理性平臺上一般不顯著。對于不同煤種，不同沉積工況條件，以上相對強度具有不同的組合，再加上復(fù)雜的化學(xué)組分變化，因此產(chǎn)生多樣的現(xiàn)象。積灰初期通常是選擇性沉積，如圖 1.2 所示，1200oC 煙溫下，初在成分上與煙氣中飛灰顆粒有很大不同，僅有低熔點成分的顆粒易于aruse et al, 2005）。

第 1 章 引言表面溫度由其傳熱特性決定，一般定義整體固體導(dǎo)熱與間隙內(nèi)氣體導(dǎo)熱/對流/熱輻射的尋求 keff關(guān)于積灰孔隙率 的經(jīng)驗公式（Furm渣層導(dǎo)熱特性可見，換熱管表面溫度越高，灰燒結(jié)，加劇積灰結(jié)渣效應(yīng)，這與實驗觀測相符（在動態(tài)積灰過程中，積灰燒結(jié)將使積灰熱阻0）。通常對灰渣層采用離線方法測量熱阻，但結(jié)構(gòu)。Robinson et al（2001a&b）基于 Sand了積灰層熱導(dǎo)率的在線測量：通過在線測熱流差進行計算，這與很多文獻中方法基本一致，積灰厚度、積灰管溫度和積灰層外表面溫度（態(tài)積灰的等效熱導(dǎo)率為 0.14 0.03W/(m K)，）和并聯(lián)模型（下限）之間。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 黃騫;李水清;李庚達(dá);姚強;;煤粉燃燒爐內(nèi)細(xì)顆粒物沿程演化特性模擬[J];工程熱物理學(xué)報;2014年05期

2 李庚達(dá);李水清;卓建坤;姚強;;煤燃燒亞微米顆粒數(shù)濃度特性實驗研究和理論分析[J];工程熱物理學(xué)報;2011年02期

3 楊忠燦;劉家利;何紅光;;新疆準(zhǔn)東煤特性研究及其鍋爐選型[J];熱力發(fā)電;2010年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 袁野;煤粉燃燒及堿金屬析出行為的光學(xué)診斷研究[D];清華大學(xué);2016年

2 張志昊;生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化過程中堿金屬元素遷移的研究[D];清華大學(xué);2014年

3 徐曉光;生物質(zhì)燃燒過程積灰形成機理的實驗研究[D];清華大學(xué);2009年

本文編號：2865833