氧浓度及温度变化影响煤粉燃烧特性的恒温热分析研究

论文摘要

煤炭是我国目前乃至将来较长一段时间内电力生产的主要一次能源。我国煤炭资源较为丰富,但是随着我国煤炭消耗量的大幅增长和煤炭生产、运输水平的制约,以及国际煤炭市场的变化,我国煤炭价格近年来呈现大幅上涨的趋势。燃料成本一般占燃煤电厂发电成本的70%以上,因此,降低发电煤耗、提高燃煤经济性,已成为燃煤电厂迫切需要关注的问题。同时,我国煤炭资源及煤炭市场复杂,动力煤炭的煤种供应不稳定,煤质变化较大,煤粉锅炉基本上很难燃用到设计煤种,甚至燃用煤种与设计煤种相差甚远,严重影响了锅炉的燃烧安全性和经济性。因此,对不同煤种燃烧特性进行试验研究,从而得出不同煤种及其混煤的燃尽特性,就显得非常必要。本文采用热分析方法,研究了几种单煤和混煤的燃烧特性,阐述了氧浓度和温度对煤粉燃烧的影响。煤粉锅炉内为动态的悬浮燃烧,煤粉从燃烧器喷嘴喷出到离开炉膛,经历的氧浓度和温度变化十分复杂,而氧浓度和温度对煤粉燃烧特性又有至关重要的影响,所以本文针对煤粉在不同氧浓度和温度下的燃烧特性进行试验研究。考虑到从燃烧器喷出到开始着火的时间极短,而着火后煤粉即可达到很高的温度,并且因焦炭占据了煤的大部分重量和发热量,煤粉的燃烧时间均主要由焦炭决定。本文采用恒温热重分析方法,使煤焦在设定温度下进行燃烧。本文对煤质特性差异较大的无烟煤和平朔5000烟煤进行了变氧浓度的恒温热重试验,根据试验结果得到了煤焦的燃烧时间,利用煤焦燃烧时间计算煤粉的平均燃烧速度,作为判定煤粉燃烧特性的依据。通过分析两种煤粉平均燃烧速度随氧浓度的变化规律,得到不同氧浓度气氛下煤粉燃烧特性的差异。同时,推导了单颗粒煤粉燃烧特性,与实际煤粉炉内煤粒燃烧更加贴近。在分析氧浓度对煤粉燃烧特性影响的基础上,本文对无烟煤、平朔5000烟煤和温家梁神木煤进行变温度和变氧浓度的恒温热重试验,主要研究了温度对煤粉燃烧特性的影响。通过分析煤焦平均燃烧速度随温度的变化规律,阐述了不同煤种燃烧特性受温度影响的差异。对比了不不同温度和氧浓度下煤焦和煤粉平均燃烧速度的差异,提出了固定碳的影响作用。最后,本文研究了无烟煤和平朔5000烟煤按照1:1比例掺混后的燃烧特性。对混煤进行变温度和变氧浓度的恒温热重试验,分析了温度和氧浓度分别对混煤煤焦和煤粉平均燃烧速度的影响。并将混煤和单煤的燃烧速度进行对比,阐述了混煤和单煤之间燃烧特性的差异。为混煤燃烧的研究提供一定的参考依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 世界能源及煤炭发展状况
• 1.1.1 世界能源和中国能源
• 1.1.2 世界电力和中国电力
• 1.2 研究煤粉燃烧特性的意义
• 1.3 研究煤粉燃烧特性的现状
• 1.4 本文研究内容及其方法
• 2 煤的燃烧特性和混煤燃烧概述
• 2.1 引言
• 2.2 煤的燃烧过程（碳及焦炭的燃烧）
• 2.2.1 碳燃烧化学反应
• 2.2.2 碳的燃烧速率
• 2.2.3 煤的燃尽特性
• 2.3 煤粉燃烧特性的判定指标
• 2.4 煤粉燃烧特性的影响因素
• 2.4.1 煤质影响
• 2.4.2 热力工况的影响
• 2.4.3 煤粉粒度的影响
• 2.5 混煤燃烧研究现状
• 2.6 本章小结
• 3 氧浓度对煤粉燃烧特性的影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 热重试验设备
• 3.3 试验煤种和条件
• 3.4 热重试验结果及分析
• 3.4.1 TGA试验结果
• 3.4.2 煤粉平均燃烧速度计算及分析
• 3.5 单煤粉颗粒燃烧特性研究
• 3.5.1 煤粉真密度
• 3.5.2 单煤粉颗粒燃烧时间变化研究
• 3.6 本章小结
• 4 温度对煤粉燃烧特性的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 热重试验
• 4.2.1 试验煤种
• 4.2.2 试验设备及条件
• 4.3 热重试验结果及分析
• 4.3.1 TGA实验结果
• 4.3.2 煤焦和煤粉平均燃烧速度计算
• 4.4 煤焦和煤粉燃烧速度的对比分析
• 4.5 温度变化影响煤粉燃烧速度的研究
• 4.5.1 温度对煤焦平均燃烧速度影响研究
• 4.5.2 温度对单颗粒煤粉燃烧时间影响研究
• 4.6 本章小结
• 5 混煤燃烧特性的研究
• 5.1 引言
• 5.2 混煤的热重试验
• 5.2.1 试验煤种
• 5.2.2 试验设备及工况
• 5.3 混煤热重试验结果及分析
• 5.4 混煤和单煤的平均燃烧速度对比分析
• 5.4.1 混煤煤焦和煤粉平均燃烧速度的计算
• 5.4.2 混煤和单煤煤焦平均燃烧速度对比分析
• 5.4.3 混煤和单煤煤粉平均燃烧速度对比分析
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 氧浓度变化对煤粉燃烧速度的影响研究
• 6.3 温度变化对煤粉燃烧特性的影响研究
• 6.4 混煤燃烧特性的研究
• 6.5 展望
• 参考文献
• 作者简历