煤粉取样装置(请查收：2020年第2期”煤粉工业锅炉技术”专刊)

Posted 2023-06-02

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煤粉取样装置(请查收：2020年第2期”煤粉工业锅炉技术”专刊)

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中国燃煤工业锅炉政策解析与展望

王翰锋

摘要：我国能源资源赋存特点和能源结构现状决定了在今后较长时期内，煤炭作为我国能源安全稳定供应兜底保障的作用很难改变，促进煤炭清洁高效利用既是我国能源革命的必然要求，也是大气污染防治的有效途径。长期以来，我国燃煤工业锅炉是仅次于燃煤发电的第二大燃煤型污染源，也是PM_2.5、PM₁₀的主要来源之一。近年来，中国煤炭科工集团煤科院节能技术有限公司组织科研团队开展煤粉工业锅炉关键技术攻关，并在国内多个大中城市和工业园区推广应用，取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。笔者从单台锅炉蒸吨数、节能以及减排3个方面对2011—2019年我国关于燃煤工业锅炉的政策文件及行业标准进行解析，形成对煤粉锅炉政策的连续性认知，并对行业未来的潜在预期进行展望。未来我国将继续加大燃煤小锅炉淘汰力度，污染物排放标准不断加严，对污染控制水平的要求不断提高，应从提高行业装备制造水平、开发集成控制技术、培养研发团队及技术服务机构、推动与数字经济的融合以及加强国际合作等方面提升行业内核，打造不可替代的核心竞争力。

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逆向射流燃烧技术研究进展

贾楠，牛芳，周建明，王乃继，柳康信

摘要：逆向射流燃烧技术是可同时适用于燃气和燃煤领域的高效低污染燃烧技术，逆喷结构和射流流速比决定了其流场特性。笔者综述了逆向射流燃烧技术在燃气和燃煤领域的发展历史、研究现状和发展趋势。在燃气领域，逆向射流主要起稳定火焰作用，具有良好的燃料-空气混合条件，形成一个近似均匀的热流场，避免燃烧过程中出现局部热点，但目前仅为一种为燃气轮机和飞机发动机提供的探索性技术，工程应用还需克服燃料和空气在一个狭小空间里的流场合理控制以及从简化装置到工程放大等问题。在燃煤领域，对于煤粉燃烧器，逆向射流可形成一个可控组分、大小、形状和位置的回流区，且将煤粉直接送进回流区，还可控制煤粉在回流区内的停留时间，该技术与传统火焰稳定方式相比，火焰稳定能力更强、停留时间更长、污染更低，更适用于低阶煤的高效燃烧，目前，逆向射流燃烧技术耦合其他稳燃、低氮技术为煤粉高效清洁利用发展提供了新方向，且已有实际工程应用，但对于其机理研究不够深入，限制了其进一步发展与推广。对于电站锅炉，部分一次风或燃尽风逆向偏转射入炉内，可缓解四角切圆燃烧方式下炉膛出口烟气的烟速和烟温偏差，目前主要是燃尽风反切的工业应用，但如何合理控制燃尽风反切角度、反切动量以及反切层数等关键问题还需进一步研究。

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煤粉燃烧热态试验研究方法综述

王学文，王乃继，陈福仲，罗伟，崔豫泓，赵振益

摘要：燃烧器是煤粉锅炉的核心部件，燃烧器的性能关系到煤粉燃烧程度和污染物排放水平。采用热态试验方法研究燃烧器的性能，获得的数据对于开发高效低氮煤粉燃烧器更具有指导意义。笔者从基本原理出发论述了煤粉燃烧各热态试验方法的优缺点以及适用场所，对于火焰温度测量，热电偶测温操作简易、便捷，但精确度不高，且只能同时单点测温，对火焰扰动较大；抽气式高温测温准确度较热电偶高，但操作复杂，对气流易造成干扰；光谱法有足够的精确度，对火焰扰动较小，可同时多点测量，能进行三维温度场重建，但相较于热电偶测温法和抽气式高温测温法，光谱法操作复杂、造价高。对于气固相采集，冷却取样法是准确采集燃烧器内煤粉燃烧烟气实时成分的常用手段，由于水的比热容较大，因而水冷式取样法是应用最广的取样方法；XPS和灰示踪法均为煤粉燃烧过程中测量煤焦样品化学组成的常用方法，均可定量分析固体煤焦样品，但两者检测重点不同，XPS主要分析化学官能团组成，灰示踪法着重分析其元素组成、计算煤转化率等；XPS操作较繁琐，灰示踪法操作简单。对于气体样品的检测和分析，电化学检测法和红外检测法均可测量多种气体，具有较强的适用性，但红外检测法检测范围更广；溶液吸收法适用于检测NH₃和HCN浓度，但由于测量中不易捕捉、较为繁琐，且易受其他因素干扰，工程应用较少。在现场测量时，尽可能采用多种测量方法或多次测量，以规避可能导致误差的因素。通过多种测量方法可建立煤粉燃烧器热态下三维温度场、三维气氛场等，多维度研究煤粉的燃烧过程及污染物生成过程，从而采取有效手段治理污染，对于新型高效低氮燃烧器的开发以及煤粉工业锅炉污染物的综合治理具有重要意义。

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低NO_x燃气燃烧技术研究进展

崔名双，李小炯，苗鹏，郑祥玉，邢文朝，宋强

摘要：气体燃料具有易于点火、燃烧迅速、燃烧完全等特点，且氮、硫、灰分低，因此燃烧后产生的污染物相对较少，属于较清洁的燃料，且国家燃气补贴政策的实施，使气体燃料燃烧近年来有很好的发展前景。但随着国家对大气污染物的控制更加严格，控制气体燃料燃烧过程中NO_x的生成至关重要。笔者介绍了不同种类NO_x的产生机理及影响因素，并基于NO_x产生机理提出控制措施，分析目前应用较广泛的燃气燃烧技术的低氮原理及应用现状，最后提出燃气燃烧器应用的展望。燃气燃烧过程中主要以热力型NO_x及快速型NO_x为主，温度和过量空气系数是影响NO_x生成的主要影响因素。燃烧温度高于1 500 ℃时，热力型NO_x呈指数型增长，温度是影响NO_x生成的最重要因素。根据NO_x产生机理，低NO_x燃烧技术的实质是降低最高燃烧温度，控制燃烧区燃料浓度以及氧浓度，缩短烟气在高温区的停留时间，破坏NO_x生成的最佳条件，最终抑制NO_x的生成。低NO_x燃烧技术一定程度降低了NO_x的生成，但又会破坏整个燃烧进程，对燃烧和放热过程造成不利影响，降低了燃烧效率和传热效率，因此如何解决这些矛盾是亟需解决的问题。在实际应用中，应根据需求选择合适的燃烧技术，同时可将不同燃烧技术相结合起到稳燃、低氮的效果。应用较广泛的燃气燃烧技术主要是阶段型燃烧技术、烟气再循环燃烧技术、无焰燃烧技术等，其中催化燃烧技术发展前景较好，目前已应用于多个领域，其催化剂的热稳定性和寿命问题是限制其工业上广泛应用的核心问题。

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燃煤锅炉烟气脱硫技术对颗粒物排放影响研究进展

王建朋，段璐，王乃继，李杰

摘要：随着环境问题的日益严峻及燃煤锅炉超低排放工作的实施，由燃煤引起的大气污染问题及脱硫和除尘设备协同脱除污染物的作用逐渐受到关注。由燃煤释放的SO₂和颗粒物对人类健康及自然环境造成严重危害，因此对SO₂和颗粒物的治理至关重要。笔者综述了湿法烟气脱硫技术如石灰石-石膏法、氨法等，半干法烟气脱硫技术如循环流化床烟气脱硫技术(CFB)、高倍率灰钙循环烟气脱硫(NGD)等以及干法烟气脱硫技术如电子射线辐射法脱硫技术、活性炭(活性焦、活性半焦)吸附脱硫技术等的发展历史、技术特点及适用范围，并对比分析了各脱硫技术对颗粒物排放特性的影响。结果表明，湿法烟气脱硫技术SO₂脱除效率最高，尤其是石灰石-石膏法烟气脱硫技术，总效率可达99%以上。入口颗粒物浓度高于5 mg/m³时，此技术能够协同脱除烟气中的颗粒物，除尘效率可达50%～80%，脱硫前后粒径分布都为典型的双峰分布，且脱硫后粒径峰值向小粒径偏移，硫酸盐成分增加；入口颗粒物质量浓度低于5 mg/m³时，出口颗粒物浓度可能出现不降反增的现象，另外，由于其投资和运行成本高，多应用于大型燃煤机组和脱硫剂来源丰富的地区，同时湿法烟气脱硫产物还具有一定的经济效益；半干法和干法烟气脱硫技术SO₂脱除效率在60%～90%，与湿法脱硫技术相比具有投资和运行成本低，占地面积小和节约水资源等优点，在中小型锅炉领域如燃煤工业锅炉具有较好的应用前景，但大量脱硫产物和脱硫剂随烟气进入除尘设备，浓度高达1 000 g/m³以上，为除尘设备造成极大的运行压力，加大了投资和运行成本。目前半干法烟气脱硫技术及干法烟气脱硫技术对颗粒物排放特性的影响研究较少，还需在脱硫系统对颗粒物粒径、成分及形貌特性等方面的影响规律做进一步研究。

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基于EDM、PDF和FR/ED模型的煤粉燃烧过程适应性研究

程晓磊

摘要：还原气氛下煤粉反应过程兼具燃烧和气化的特点，是煤粉实现低氮燃烧的关键因素，合适的化学反应模型是准确模拟该过程的基础。笔者基于煤粉双锥燃烧器，对比了EDM模型、PDF模型和FR/ED模型在氧化气氛和还原气氛的模拟结果，通过与试验结果的对比验证，确定了不同反应气氛适合的化学反应模型。研究结果表明，3种模型在煤粉着火位置和逆喷传播距离的预测上存在差别，PDF模型起火点更靠近燃烧器逆喷喷口，EDM模型一次风和煤粉喷出经过一段升温过程后逐渐燃烧，FR/ED模型的升温过程更长，壁面低温区域接近前锥长度一半；使用FR/ED模型模拟时燃烧器内平均温度最高，EDM模型次之，PDF模型最低；EDM模型中未考虑CO反应，燃烧器内基本无CO存在，PDF模型高CO浓度区域集中在煤粉燃烧初期，燃烧器出口CO含量较低，FR/ED模型化学反应动力学参数在煤粉燃烧整个区域内均有较高CO浓度存在。由于考虑了焦炭与氧气气化反应的影响，FR/ED模型模拟燃烧器内氧含量明显低于EDM和PDF模型，当过量空气系数为1.2时，燃烧器出口处氧含量为7.0%，明显低于EDM模型的11.1%和PDF模型的12.0%，燃烧器出口处CO含量为3.5%，明显高于EDM（0）和PDF模型（0.8%）；过量空气系数为0.5时，EDM模型对CO成分的预测结果偏差较大，燃烧器出口CO浓度为0.05%，采用PDF和FR/ED模型时燃烧器出口CO含量分别为5.73%和10.7%。从模拟结果与试验结果的对比来看，在氧化气氛下，主要发生煤粉的燃烧反应，EDM模型和PDF模型在温度、CO含量上的预测较为准确，与试验数据偏差较小，FR/ED模型偏差较大；在还原性气氛下，EDM模型模拟的结果几乎不生成CO和H₂，并不适合还原性气氛，PDF模型和FR/ED模型有较合理的还原气氛模拟结果，两者的差别在于还原性气体的生成位置，PDF模型喷口位置CO浓度较高，出口浓度偏低，FR/ED模型随着煤粉反应流程的进行，CO浓度逐渐升高，出口浓度更接近试验结果。综合考虑，氧化气氛下双锥燃烧器适合采用EDM模型和PDF模型进行模拟，还原气氛下适合采用FR/ED模型进行模拟。

空气冷却式煤粉燃烧室数值模拟研究

王永英，杨石，张深

摘要：双锥煤粉燃烧室在小容量工业锅炉中广泛采用水冷却方式，但随着市场对高容量锅炉需求的增加，双锥燃烧室体积增大、数量增多，如仍采用水冷却的方式将导致安装困难、水系统复杂等问题，亟需开发新的冷却方式。空气冷却形式具有结构简单、预热后的空气可以增加煤粉的着火稳定性等优点，需要考察其首次应用于双锥煤粉燃烧室中的效果。为了确定空气冷却式燃烧室燃烧和壁面冷却情况，采用数值模拟技术对14 MW工业锅炉燃烧室和炉膛进行三维建模，得到50%和100%两种负荷下不同内外二次风配风比例下燃烧室内部燃烧情况、金属壁面温度、出口火焰形状和炉膛充满度。结果表明：控制总空气过量系数不变，随着内二次风比例的逐渐增加，燃烧室内的平均温度逐渐降低；50%负荷下金属壁面温度随二次风比例的增加逐渐降低，100%负荷下金属壁面温度先降低后升高，这是内二次风助燃燃烧和外二次风的冷却共同作用的结果。随着内二次风比例的增加，金属壁面的高温区域逐渐后移，集中于后锥出口区域；在50%负荷下内二次风量占总空气量比例为0.4时，金属壁面具有最高温度930 K，100%负荷下内二次风量占总空气量比例为0.2时，壁面金属最高温度835 K，2个最高温度均出现在后锥收缩段，据最高温度推荐壁面材料选取0Cr18Ni9，2种负荷下最高温度出现时燃烧室内的内二次风配风量为2 600 Nm³/h，应尽量使内二次风远离此配风量；50%负荷下燃烧室平均温度、金属壁面平均温度及最高温度均高于100%负荷，是空气冷却结构需要重点考察的工况。随着内二次风比例的逐渐增加，火焰长度先增加后减小，当内二次风过小时，出口气速较小，外二次风具有向中心的速度分量，火焰主要集中在炉膛前部。随着内二次风比例的增加，出口速度增大，火焰变长变细。但随着比例的继续增加，外二次风的轴向速度变小，出口火焰的旋流强度完全由二次风决定，出口旋流强度的增大导致了火焰的变短变粗，在2种负荷下，火焰长度较长时，内二次风比例为0.4～0.5。内外二次风比例为0.5∶0.5时，燃烧室内燃烧情况和壁面温度均匀稳定，火焰在炉膛内的充满度最好，是2个考察负荷下均较适合的运行参数。

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风粉混合器内气固两相流动的模拟及试验研究

张朝，崔豫泓，刘羽，王鹏涛

摘要：煤粉工业锅炉系统中风粉混合器是实现煤粉与一次风快速均匀混合的关键设备，测量及计算风粉混合器内煤粉、一次风气固两相流流场，对于优化风粉混合器结构，强化风粉混合效率及提高一次风粉的均匀稳定供给具有重要意义。笔者针对竖直结构及倾斜结构的2种风粉混合器，开展了数值计算及现场工程试验研究。基于几何拓扑学知识，采用ICEM软件针对2种风粉混合器划分了合适的三维网格；多相流理论模型中，多相连续介质模型中的双流体模型各相视为相互渗透、耦合但又保持各自运动特征的连续介质，相比于单流体模型，双流体模型考虑了固相的湍流输运以及气固两相间相互滑移引起的阻力，使得计算结果更接近实际情况；冷态双流体模型基本方程由守恒方程、相间耦合方程以及封闭方程构成，其中相间耦合方程用于表征气固相动量之间的耦合；为了探究不同停留时间下风粉混合器内气固两相的流场特征，采用非稳态数值计算方法，利用Fluent软件开展数值计算。基于两相流模型及Schilller-Naumann曵力系数模型研究了不同结构下风粉混合器内煤粉浓度分布随停留时间变化特征，采用德图testo425热敏风速仪测量了不同煤粉落料量下风粉混合器内负压变化规律。结果表明，竖直结构的风粉混合器内停留时间由0.25 s增至1 s时，混合器底部颗粒沉积的现象一直存在，即存在较长时间的颗粒流动死角区域；而对于倾斜结构的风粉混合器，当停留时间大于0.3 s，混合器内颗粒浓度基本降为0，较好避免了颗粒在混合器底部的沉积，该结构对于强化混合器内风粉混合及降低供料波动具有重要意义。不同落料量下的现场工程试验结果表明，高落料量下竖直结构的风粉混合器内平均负压偏小，几乎接近正压，且存在间断正压喷粉的现象，故该风粉混合器在高落料量下负压不足，易造成供料波动较大；高落料量下倾斜风粉混合器负压平均值仍大于-1 000 Pa，且无喷粉现象。相比于竖直结构，倾斜风粉混合器具有稳定且较宽的负压变化范围，能较好地克服供料波动大的现象。

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高速煤粉燃烧器内燃烧特性数值模拟及结构优化

张鑫，陈隆

摘要：高速煤粉燃烧器火焰喷射速度高达60～200 m/s，炉膛内火焰较长，对流换热比例提高，使得炉膛内温度分布均匀，没有传统低速煤粉燃烧器火焰短，炉膛内局部过热和结焦等缺点。笔者以14 MW高速煤粉燃烧器为研究对象，采用数值模拟的方法，研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响，针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。对旋流强度研究结果表明，当旋流强度S=2.2、2.8、3.2及3.7时，燃烧器内回流区形状变化不大，从一次风喷口开始到旋流叶片位置结束，回流区环绕一次风管；最大回流量在一次风喷口附近，距离一次风喷口越远，回流量越小；旋流强度对一次风喷口附近最大回流量影响不大，喷口附近最大回流量均在0.45 kg/s左右，当距喷口超过一定距离（L/H2浓度从1.65%降低到1.40%，焦炭浓度从0.14%降低到0.11%，喷口边缘O₂浓度从13%降低到10%。旋流强度S=3.2和S=3.7时可燃组分和氧气浓度分布变化较小，说明旋流强度提高对燃烧的影响减弱。考察0、100和200 ℃下二次风温度对燃烧的影响，结果表明，当二次风温度提高，煤粉在燃烧器内的反应时间有所降低，从0.15 s降低到0.11 s，但燃烧器内的煤粉碳转化率提高20%，达到65%。对燃烧器结构进行优化，加入中心风，对比中心风直流和旋流与不加中心风3种状态，结果表明，加入旋流中心风和直流中心风后喷口中心区半径r≤75 mm范围内可燃组分浓度降低，采用直流时由于气流刚性较强，喷口中心区氧气浓度升高，采用旋流中心风对中心区氧浓度影响弱，对可燃组分浓度降低效果优于直流中心风。

预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性作用研究

牛芳

摘要：煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备，研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域，在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响，但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律，笔者针对一款20 t/h逆喷旋流燃烧器，基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型，利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析，结果表明：预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状，但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D＜1.3区域内，由于圆锥形预燃室对气流的挤压作用，预燃室的存在对回流区的面积起到抑制作用；在1.3＜X/D＜2.3区域内，由于预燃室的导流作用，预燃室的存在对回流区的形成起到促进作用；在X/D＞2.3区域内，预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱，可忽略不计。在预燃室的作用下，回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D，最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处，相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下，在X/D＜0.6区域内，速度和湍流度均出现峰值，在X/D＞1.6区域内峰值消失，内外二次风完全混合；有预燃室工况下，在X/D＜0.6区域速度沿着径向方向逐渐增大，湍流度沿着径向方向逐渐减小，在X/D＞1.6区域，速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧，工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大，刚性强，避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生，延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。

NGD反应器气相流场及能耗特性研究

段璐，王实朴

摘要：高倍率灰钙循环脱硫（NGD）技术具有投资和运行成本低、占地面积小、节水和可避免有色烟羽等优点，在燃煤工业锅炉领域具有较好的发展前景，而已有研究主要关注脱硫反应过程及其影响因素，尚缺乏对NGD反应器内流场和能耗的认识。笔者基于熵产分析方法建立了NGD反应器能耗的定量分析模型，NGD反应器能耗包含因烟气散热引起的能耗和黏性流体流动引起的能耗，其中，黏性流体流动引起的能耗包含湍流耗散和壁面摩擦，此外，由于NGD反应器高度达20 m以上，其进、出口压降还应考虑位置势能变化，因此，NGD进、出口压降包含位置势能变化、湍流耗散和壁面摩擦引起的压降。以某30 t/h煤粉工业锅炉配套的NGD反应器为研究对象，采用CFD方法模拟脱硫反应器内的流场分布，并在此基础上通过能耗分析模型研究脱硫反应器内的能耗组成和分布。结果表明，CFD方法和能耗分析模型计算的NGD进、出口压降与测量值的偏差分别为0.4%和9.6%，因此，CFD方法和能耗分析模型能较为准确地预测脱硫反应器内黏性流体流动引起的能耗，NGD反应器内黏性流体流动和烟气散热引起的能耗分别占NGD总能耗的96.2%和3.8%，可见黏性流体流动对NGD能耗起主导作用，位置势能变化、湍流耗散和壁面摩擦引起的压降分别为237.6、347.4和57.5 Pa，可见湍流耗散对NGD反应器能耗起主导作用。将NGD反应器划分为上部主体反应区、中部加速区和下部烟气入口区，由于黏性流体流动过程中的能量耗散来自不同流层速度差引起的摩擦耗散，因此能耗大小主要取决于不同流层间的速度梯度，而中部加速区平均速度较大且流场分布极不均匀，导致单位体积湍流熵产远高于其他区域，因此其体积虽仅占3.6%，但其熵产占NGD反应器总熵产的53.8%；上部主体反应区速度分布较为均匀且平均速度较小，但其体积占NGD反应器体积的83.3%，因此中部的熵产仍然较大，占总熵产的40.1%；下部烟气入口区流场分布极为不均匀但平均流速较小，单位体积熵产率从下往上逐渐增大，其体积比为13.1%，熵产占总熵产的比值为6.1%。可见，上部和中部是能耗的主要区域，尤其是中部加速区是降低NGD反应器能耗的主要目标区域。

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

李美军

摘要：可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火，含硫、氮量少且属于碳中性物质，但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质（生物质/煤粉质量比大于5∶5）可有效改善煤粉着火特性，碳排放水平接近燃烧天然气，且污染物排放显著降低，进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例（小于5∶5）下生物质与煤粉的混燃特性，针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性，尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类（玉米秸秆、稻杆及玉米芯）在不同掺混比例下（5∶5、6∶4、7∶3和8∶2）的混燃特性，分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响，确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明：掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加，第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移，第2阶段则逐渐减小，这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60 ℃。随掺混比例的增加，玉米芯着火温度逐渐减小，玉米秸秆和稻杆则先减小后增大，且均在7∶3时达到最小；燃尽温度均呈现下降趋势，下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用，该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用，使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大；玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时，3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉，随掺混比例的增大，玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值，6∶4和7∶3时几乎相同；稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值；玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时，燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关，还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关，而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段，使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。

焦炭气化反应对煤粉空气深度分级燃烧NO_x生成的影响

罗伟

摘要：焦炭气化反应对空气深度分级工况下燃烧及污染物的生成具有重要影响。笔者采用滴管炉试验与数值计算相结合的方法，研究了主燃区过量空气系数SR₁在1.2→0.6变化过程中，焦炭气化对空气深度分级工况下煤粉燃烧和NO_x排放特性的影响规律。通过对比滴管炉试验数据与传统模型和改进模型（考虑焦炭气化）结果可知，传统模型对空气分级燃烧的还原性气氛预测存在一定缺陷，改进模型与试验结果较吻合。滴管炉试验及改进模型计算结果表明，空气深度分级工况下，主燃区极度缺氧，燃烧过程由最初的挥发分着火（R1和R2）和焦炭不完全氧化（R4）过渡到以焦炭气化反应（R5和R6）为主导的燃烧状态，大量CO生成，高浓度CO₂逐渐被消耗，直至还原区段结束，随着燃尽风加入，O₂含量增加，CO被迅速消耗（以R2为主），CO₂生成。空气分级工况下NO_x排放特性表现为：燃烧器附近NO_x浓度高，伴随还原性气氛的形成，出现一定程度的下降后保持较低的NO_x水平，随着燃尽风的加入，出现一定程度的“反弹”，这是因为还原区结束时，一部分未完全被还原的氮中间体在燃尽风加入后被迅速氧化造成的。

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NO_x排放特性研究

杨石

摘要：随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格，NO_x控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NO_x排放控制技术，富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业，然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NO_x减排效果，笔者以神府烟煤作为燃料，利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况，采用热态试验方法，研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NO_x排放特性，并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NO_x排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比（以主燃区过量氧气系数表示）、二次风氧浓度等关键因素对NO_x排放的影响。结果表明：富氧空气分级燃烧的NO_x排放显著低于单级供风燃烧，同时也低于空气分级燃烧的NO_x排放。主燃区温度为1 300～1 500 ℃时，富氧空气分级燃烧的NO_x排放减少比例比分级配风燃烧提高了6～12个百分点；富氧空气分级燃烧条件下，随主燃区温度升高，煤粉燃烧更加充分，燃料中N元素分解成NH_i、HCN等大量中间产物，使主燃区气氛的还原性增强，被还原的NO_x比例增加。因此，NO_x排放降低且NO_x排放减少比例呈现上升趋势；富氧空气分级燃烧的二次风配比对NO_x排放具有显著影响，随着主燃区过量氧气系数的升高，NO_x排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比，使NO_x排放浓度最低。主燃区温度为1 300 ℃时，最佳主燃区过量氧气系数约为0.58；主燃区温度为1 500 ℃时，最佳主燃区过量氧气系数约为0.55；在主燃区过量空气系数给定的条件下，提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间，并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境，促进煤粉充分燃烧，从而增强主燃区气氛的还原性，降低NO_x的生成。因此，当二次风氧浓度为21%～31%时，NO_x排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高，NO_x排放的降低趋势逐渐放缓。

半焦空气分级燃烧NOx排放试验研究

李慧，杨石，周建明

摘要：半焦是低阶煤经低温热解后的产物，其中半焦粉与煤粉工业锅炉常用煤种烟煤相比价格低廉。若能将半焦粉用作煤粉工业锅炉的燃料，既可拓宽煤粉工业锅炉的适用燃料范围，又可增强煤粉工业锅炉的市场竞争力。由于半焦挥发分低、固定碳高，实现其着火和稳定燃烧需要更高的温度，同时，降低NOx初始排放也是一个技术难题。为了实现半焦在煤粉工业锅炉中的稳定燃烧及NOx排放的降低，采用两段式滴管炉开展半焦空气分级燃烧NOx排放规律研究。笔者对半焦空气不分级燃烧NOx排放规律进行了研究，主要探究了主燃区温度（1 000～1 400 ℃）及过量空气系数的影响，为后续空气分级燃烧降低NOx的效果提供对比依据。半焦空气分级燃烧试验主要研究了主燃区温度（1 000～1 400 ℃）及二次风比例（0.4～0.8）的影响，并从燃尽率、NOx减少比例、灰样微观孔隙和形貌等方面进行论证，试验结果表明，在空气不分级燃烧条件下，即燃尽风配风比例为0时，随着主燃区温度升高， NOx排放浓度随之迅速升高；随着过量空气系数增加，NOx浓度先迅速增加，过量空气系数大于1.15时，NOx浓度增速变缓；在空气分级燃烧中，相同主燃区温度条件下，二次风比例由高到低变化时，NOx排放呈先迅速下降后缓慢回升的变化趋势，燃尽率先快速升高而后趋于平缓。二次风比例为0.56时（即燃尽风率为0.39），燃尽率达90%，NOx排放浓度降至最低，为120 mg/m³以下，此时是试验条件下的最佳二次风比例。

煤粉锅炉污染物限值排放综合控制系统研究

潘昊

摘要：燃煤锅炉产生的SO₂、NO_x是大气污染物的重要组成部分，随着环境形势的日益严峻，国家环保政策对电站锅炉和中小型工业锅炉的污染物排放标准提出了更高要求。煤粉工业锅炉烟气净化系统采用手动调节方式控制，系统惯性大，已不能满足最新环保排放标准。针对这些问题，基于可编程控制器（PLC）和以太网通讯架构，结合神东矿区某煤粉锅炉站限值排放改造工程，设计了集成化的污染物排放控制系统。在分析各系统工艺流程的基础上，分别提出了脱硫、脱硝系统的优化控制策略。脱硫系统基于站内原有NGD系统进行改造，增加了脱硫剂储运设备，在灰钙循环和增湿活化控制的基础上设计了自动脱硫剂补充和调节逻辑。脱硝系统增设了臭氧制备和输送装置，采用SNCR-臭氧协同方式，并设计了串级启动和自动投送控制逻辑。控制系统采取分布式硬件架构部署，采用西门子SIMATIC系列PLC作为主控制器，基于优化的控制逻辑，分别组态脱硫子系统、SNCR子系统及臭氧子系统。通过以太网络构建通讯子网，共享各子系统内部数据，以保证设备之间的安全联锁，以及脱硫、脱硝系统对锅炉负荷情况的跟踪响应，试验结果表明，控制系统能够在起炉后10 min内将SO₂浓度控制在100 mg/m³以内，在锅炉变负荷工况条件下可维持SO₂浓度低于设定限值。多台锅炉连续运行时，各炉脱硫剂缓冲仓平均用料周期约为80 min，平均补充周期约为4.5 min，平均等待时间约为7 min，控制逻辑能够保证脱硫剂连续不间断供给。起炉后控制系统依次投入SNCR及臭氧系统，自动调节尿素溶液和臭氧的投加量，能够在20 min内将NO_x浓度控制在100 mg/m³以内。与改造前相比，锅炉站长周期运行时SO₂、NO_x排放浓度均显著下降，由100～200 mg/m³降低至50～100 mg/m³；根据运行期间80 h数据，SO₂排放浓度平均值由163.55 mg/m³降低至72.54 mg/m³，NO_x排放浓度平均值由160.85 mg/m³降至71.06 mg/m³，均满足国家与地方的环保排放标准。污染物排放波动性较改造前亦有所降低，SO₂浓度标准差由21.04降至18.14，NO_x浓度标准差由25.09降至15.84。

NO氧化耦合灰钙循环（半干法）脱除试验

李婷

摘要：为实现多污染物协同脱除且避免湿法吸收工艺存在的问题，基于低温氧化脱硝结合灰钙循环脱硫除尘提出一种半干法烟气多污染物一体化脱除工艺。针对该工艺中的NO脱除开展试验研究，采用固定床和液相吸收试验装置，研究低温条件下钙基吸收剂对NO_x的吸收特性，在气体快速床工业试验装置上进行脱硝验证。结果表明，在相对湿度40%～60%、O₂含量5%、70～80 ℃ 条件下，固定床NO₂钙基吸收率在20%～30%；在NO₂浓度200×10^-6、Ca(OH)₂悬浮液浓度1%、O₂含量5%、70 ℃条件下，液相吸收平均脱硝率大于90 %。反应温度和相对湿度是影响NO₂钙基吸收的关键因素，在试验条件下，反应温度越低、相对湿度越高，钙基吸收剂对NO₂的脱除率越高；低浓度范围内NO₂初始浓度变化对脱硝效果影响较小。在进口NO浓度231～423 mg/m³、吸收温度75 ℃、氧化温度140 ℃、[O₃]/[NO]=0.9～1.8条件下，在工业试验装置上钙基吸收剂对NO_x的吸收率为83%～89%，NO氧化率为74%～97%，总脱硝率为66%～87%。氧化率和脱硝率随[O₃]/[NO]的增加呈上升趋势，氧化后NO浓度及装置出口NO_x浓度则随之减少。因此，在一定范围内[O₃]/[NO]越高，脱硝效果越好，但臭氧逃逸也随之增多，实际操作时需根据现场情况选用合理工艺参数。根据脱硝产物红外表征结果，NO₂与Ca(OH)₂发生中和反应生成硝酸盐、亚硝酸盐。3种方法的脱硝率存在以下规律：湿法（液相吸收）＞半干法（气体快速床）＞干法（固定床)，半干法与湿法接近。结果主要受增湿方式的影响，即液态水的存在及相对量是影响吸收反应的关键因素。这是因为有水分存在条件下，NO₂与Ca(OH)₂间的反应形式将由气固非均相反应转变为快速离子化反应。因此反应器内水分越多，相对湿度越大，吸收反应速率随之提高，脱硝率也越大。最低NO_x排放浓度30 mg/m³，达到超低排放水平，实现了同一装置多污染物的高效协同脱除。氧化耦合灰钙循环烟气净化技术适用于中小型燃煤烟气治理。

高倍率灰钙循环脱硫过程及影响因素研究

陈福仲

摘要：为深入了解神东30 t/h煤粉工业锅炉对应的高倍率灰钙循环脱硫除尘一体化技术（NGD，no gap desulphurization）脱硫过程及机理，研究不同影响因素对脱硫效率的影响。笔者在反应器上沿程打孔取样，检测不同位置脱硫剂硫含量和水分变化，结果发现，随着脱硫反应的进行,脱硫剂中水分和硫含量分别呈降低和增加的趋势，说明水分对脱硫反应至关重要，在有水存在的条件下，脱硫反应从气固两相反应变为离子间的液相反应，脱硫反应速率显著增加。随着脱硫反应的进行，脱硫剂中反应产物增加导致硫含量增加。检测反应器沿程烟气中成分及含量变化，根据反应器上单位距离脱硫效率的变化率，将脱硫过程分为3个阶段：常速段、降速段、拟平衡段，前2个阶段脱硫反应速率快，为脱硫反应的关键段，所脱除的SO₂占SO₂总量的90%，因此强化前2个脱硫阶段是提高脱硫效率的有效手段。最后，在NGD脱硫装置上进行工程试验，研究增湿水量、SO₂初始浓度、掺混比对脱硫效率的影响规律，结果表明，增湿水量增加，SO₂初始浓度降低，熟石灰占比增加，相当于脱硫反应物初始浓度增加，促进脱硫反应向右进行，初始阶段脱硫反应速率增加，因此最终脱硫效率呈现增加的趋势。但由于脱硫剂孔隙结构及活性物质含量的限制，脱硫反应存在最佳的工艺条件使脱硫剂中有效物质被充分利用，根据脱硫效率的变化量最终确定增湿水量、SO₂初始浓度、掺混比最佳范围，分别为0.14～0.27 t/h、350～550 μL/L、3∶1～2∶1，此时脱硫效率的变化量分别为28.81%、25.87%、10.55%。

煤种性质对煤粉工业锅炉结焦的影响

王志强

摘要：燃煤锅炉内结焦会对锅炉运行的安全性和经济性造成极大损害，因而分析影响燃煤锅炉结焦的因素，进而有效预防燃煤锅炉结焦至关重要。在实际应用中，针对影响燃煤锅炉结焦的不同因素，可采取不同的预防措施。研究发现煤的灰熔融性温度、煤粉颗粒大小、锅炉燃烧气氛、一二次风动力场、锅炉截面热负荷和锅炉热负荷等都会影响燃煤锅炉结焦。为了解决某地区煤粉工业锅炉预燃室、炉膛、对流受热面大面积燃烧结焦问题，笔者结合燃煤锅炉燃烧结焦的机理，先后采取调整燃烧气氛、增大二次风刚性、减小煤粉颗粒粒径、更换孙家岔煤粉等措施对不同条件下的结焦现象进行对比分析，发现煤种、煤粉粒径大小是影响某地区煤粉工业锅炉燃烧结焦的因素。通过SEM-EDS（扫描电镜和能谱分析）对锅炉焦块进行微观形貌与元素组成分析，现场取样锅炉现用煤粉和孙家岔煤粉进行煤质及灰成分对比分析，并根据灰成分进行结渣性判别指标计算，结果表明锅炉燃烧现用煤种灰熔融性温度较低，煤灰软化温度Ts为1 170 ℃，小于1 200 ℃，为易熔煤，容易结渣，属于典型的易结焦煤种；结渣性判别指标计算结果显示，4项指标评价为“严重”，1项指标评价为“中等”，结渣性严重。综合分析认为：锅炉燃烧煤种发生改变，煤的灰熔融温度较低是影响某地区煤粉工业锅炉燃烧结焦的最本质因素。为进一步解决现场实际问题，采取破坏煤灰中酸碱平衡，提升煤的灰熔融温度，配合调节煤粉粒径等措施，如对锅炉现用煤种掺混5%的石英，提高煤灰中SiO₂含量，掺混后煤粉的灰熔融温度达到1 280 ℃，提高了110 ℃；调大煤粉磨机频率，从19 Hz增大到22 Hz，煤粉粒度（200目，0.075 mm）过筛率从70%增大到85%。经过上述调整后，锅炉运行平稳，结焦状况显著改善，燃烧调整措施取得了较好的效果。

煤粉工业锅炉运行数据与供料参数的相关性研究

刘振宇

摘要：供料参数的定量测量是锅炉实现自动调节的重要前提。目前直接测量设备受浓度测量范围、成本等因素影响，对工业锅炉适用性有限，而锅炉现有各传感器的部分数据与供料系统关系密切。为了探究根据传感器数据计算供料参数的可行性，以1 Hz频率收集了天津华苑1台58 MW锅炉的传感器数据，在控制其他变量的条件下筛选中间仓重量、一次风总压、锁气阀转速、炉膛压力、烟气氧含量等与供料相关的数据，通过最小二乘法、决定系数等分析方法，定量计算变量绝对值、标准差与供料参数的关系。结果表明，当中间仓进料阀关闭时，可通过中间仓称重以高准确度计算供料器300 s内的平均供料量；使用供料锁气阀转速计算供料量，基于锁气阀填充率和填充密度为定值的假设，低转速下供料曲线符合该假设。但随着锁气阀转速提高，供料量随转速的增长速率以二次曲线规律边际递减，且递减规律存在个体差异；一次风总压计算供料量属于差压法，用于计算供料量时，调整后的决定系数R²_Adj＞0.98，具有较高的准确性，但需要根据每台设备的累计运行数据计算系数k；炉膛负压波动可较好反映供料波动，但准确性低于使用一次风总压,取样时间为30 s时，供料量标准差-炉膛压力标准差R²_Adj达到最大值，为0.890 1；供料量-耗氧量的R²_Adj在取样时间200 s时达到最大值0.296 1,供料量标准差-耗氧量标准差R²_Adj在取样时间10 s时达到最大值0.640 8，说明耗氧量用于推断供料波动的可靠性中等，推断供料量的可靠性较差，这可能与该锅炉煤粉的掺混比例不稳定使单位质量煤粉热值波动较大有关。

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