水煤漿流化-懸浮燃燒機理研究.pdf

1、水煤漿流化-懸浮燃燒技術(shù)是一種集流化床燃燒與水煤漿懸浮燃燒為一體的新型復(fù)合燃燒技術(shù)。本文較為系統(tǒng)、深入地研究了水煤漿流化-懸浮燃燒機理與核心技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)出新型水煤漿流化-懸浮高效潔凈燃燒鍋爐。本文的主要研究成果為：
　　在4個不同升溫速率下對水煤漿進行TG-DTA熱解實驗，確定了其熱解特性參數(shù)，發(fā)現(xiàn)水煤漿的失水很快，在空氣中就開始散失，在大約110℃～180℃時水煤漿中的游離水、外在水以及內(nèi)在水已基本析出完畢，失重約

2、為21％～25%，當溫度達到380℃～430℃左右時，水煤漿中的揮發(fā)分開始析出，之間是一個平臺。并且升溫速率越大，各曲線所對應(yīng)的失水結(jié)束時的溫度和揮發(fā)分開始析出的溫度都稍有提高，熱解特性趨好，放熱更集中。在380～600℃范圍內(nèi)用FG-DVC模型求解水煤漿熱解的動力學(xué)參數(shù)，其活化能隨升溫速率的升高而減小，用一級反應(yīng)模擬水煤漿的熱解比較適合。采用居里點裂解儀在中速升溫速率下對水煤漿和原煤粉的熱解對比表明，水煤漿熱解的活化能比原煤粉大。在4

3、個不同升溫速率下對水煤漿燃燒的熱重分析表明，水煤漿的燃燒曲線的第一階段為脫水階段，燃燒階段包含揮發(fā)分迅速析出并燃燒和固定碳的燃燒兩個連續(xù)的過程。且水煤漿集中在320℃～580℃溫度范圍內(nèi)迅速燃燒完全，適合于低溫燃燒?？偟膩碚f，升溫速率越高，各特性溫度相應(yīng)的有所增加，水煤漿在低溫段和高溫段的動力學(xué)特征參數(shù)都表現(xiàn)出失重增加和活化能降低的特點，且著火點隨升溫速率增大而增大。
　　利用流化床試驗臺系統(tǒng)研究水煤漿在異密度流化床內(nèi)的燃燒過程。

4、用灰色關(guān)聯(lián)分析研究燃燒后殘留固定碳與投入固定碳的比值表明，床料高度的影響最小，流化數(shù)在前期和后期最大，床溫的影響在中期最大，且燃燒過程為逐層剝落式燃燒。用掃描電鏡觀察取出漿球的形態(tài)時發(fā)現(xiàn)水煤漿球在進入流化床爐膛的瞬間就發(fā)生爆裂和破碎，漿球的蜂窩狀結(jié)構(gòu)很明顯，并且表層比內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密。在控制漿球質(zhì)量大致相等的情況下，研究三種粒徑漿球在爐膛內(nèi)的停留時間及破碎的試驗結(jié)果表明，三者的體積減小規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)來表示，且比較體積和質(zhì)量的減小速率可知，

5、大球減小最慢，小球次之，中球最快。大顆粒漿球比小顆粒漿球更易于發(fā)生爆裂。中球在135s、小球在150s和大球在180s時已基本燃盡飛出爐膛。在對水煤漿用異密度流化床試驗臺進行燃燒試驗的結(jié)果表明，水煤漿穩(wěn)定燃燒時，床料內(nèi)灰量很少，實際運行時無需排渣。密相區(qū)的沸下、沸中和沸上溫度都呈中間高，邊壁低的分布規(guī)律。稀相區(qū)的靠近中心處溫度也比內(nèi)壁處高。水煤漿在試驗臺燃燒時內(nèi)壁處的NO濃度較低，為189～213μL/L，靠近中心處較高，為168～44

6、3μL/L，且主要集中在427～443μL/L。NO2濃度差別不大，均不超過7μL/L。
　　用德國生產(chǎn)的LEIAZ-ⅡA型高溫?zé)犸@微鏡研究石英砂的熱形態(tài)變化，其結(jié)果表明，純度直接影響石英砂的熔融特性，純度高，則相應(yīng)的熔融特性溫度值高。高純度石英砂（試樣Ⅰ）在升溫過程（室溫～1600℃）中存在三個相對獨立的特征溫度區(qū)間：緩慢膨脹區(qū)（室溫～870℃）、膨脹停滯區(qū)(1000～1350℃)和快速膨脹區(qū)(1400～1550℃)，三個膨脹區(qū)

7、與SiO2的多晶型轉(zhuǎn)變溫度存在對應(yīng)關(guān)系。SEM照片顯示，當終端加熱溫度進入快速膨脹區(qū)后，快速膨脹導(dǎo)致石英砂內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，充滿了大量的微細裂紋，試樣的強度和硬度迅速降低，極易破碎。選取不同顆粒粒度的石英砂在用天然硅砂作床料的熱態(tài)流化床內(nèi)進行正交試驗的結(jié)果表明，破碎是在顆粒表面進行的，破碎的主要動力是溫度梯度引起的在顆粒表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力，產(chǎn)生大量的細顆粒，容易因揚析和夾帶而飛出密相區(qū)造成床料的損失。由熱應(yīng)力導(dǎo)致的破碎主要與顆粒初始粒徑、爐膛

8、溫度有關(guān)，Sf隨顆粒初始尺寸的增大、床溫的升高而增大。床溫低于650℃時Sf隨顆粒直徑的變化曲線比較平坦，即顆粒初始直徑對Sf的影響不明顯，且Sf小于2，表明顆粒在此床溫下基本不發(fā)生破碎現(xiàn)象。建立了基于石英砂熱破碎的GM(1,3)灰色預(yù)測模型，驗證了其合理性并利用該模型對各種床溫條件下的dlj進行的預(yù)測結(jié)果表明：dlj隨床溫的升高而減小，床溫為650℃、750℃、850℃、910℃時的dlj分別為3.9451，2.43，1.0129，0

9、.2025mm。運行參數(shù)對石英砂床料磨損的影響的排序為：原始顆粒平均直徑>床溫>流化數(shù)>床料高度。
　　利用自編的程序?qū)M合式旋渦分離器三個無因次結(jié)構(gòu)因子進行三水平數(shù)值試驗，綜合考慮分離器壓降和分離效率的影響，得到內(nèi)外筒徑比為0.4、外筒徑寬比為3、內(nèi)筒擋板寬與外筒寬比為0.39時的結(jié)構(gòu)是本數(shù)值試驗最優(yōu)結(jié)構(gòu)。對一組分離器的試驗阻力進行模擬，所得結(jié)果基本吻合，說明組合式旋渦分離器阻力小，在冷態(tài)運行時僅為100～180Pa。而且阻力隨

10、著入口氣流速度的增大而增大。
　　研究開發(fā)出新型QXFS14-1.0/115/70-SM水煤漿流化－懸浮燃燒鍋爐，鍋爐的運行結(jié)果表明，新型鍋爐燃燒效率99.5%、鍋爐效率89.957%、NOx的排放濃度為434.6mg/m3、SO2的排放濃度為594.88mg/m3。鍋爐具有負荷調(diào)節(jié)特性好、水煤漿品質(zhì)適應(yīng)性好、運行穩(wěn)定、操作簡單、運行維護方便等優(yōu)點，具有先進的經(jīng)濟技術(shù)與環(huán)保指標。并成功地將一臺75t/h燃油鍋爐改造成60t/h水煤