CFB锅炉洁净燃烧福建无烟煤的理论与试验研究

论文题目: CFB锅炉洁净燃烧福建无烟煤的理论与试验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 工程热物理

作者: 何宏舟

导师: 岑可法,骆仲泱

关键词: 福建无烟煤,颗粒性质,燃烧性质,流化床,热分析,锅炉,运行特性,燃尽特性

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 以一种典型福建无烟煤—龙岩煤为对象，从理论和试验两方面较为系统地研究了与影响福建无烟煤在CFB锅炉中洁净燃烧问题特别是燃尽问题有关的若干因素。全文的研究主要包括有五部分内容(1)研究背景及相关研究综述；(2)福建无烟煤及其燃烧性质测量；(3)锅炉飞灰及其含碳性质分析；(4)锅炉运行特性的影响研究；和(5)理论分析与计算模拟。首先介绍了研究背景。分析CFB锅炉燃烧无烟煤的特点，指出燃烧无烟煤CFB锅炉存在的问题与原因，综述了影响无烟煤在CFB锅炉中“燃尽”的煤质及其燃烧特性和锅炉运行特性等方面的研究情况，特别是关于无烟煤流化床燃烧中的破碎研究。关于福建无烟煤及其燃烧性质的研究方面。首先用浮选法对龙岩煤入炉煤进行分选，得到密度不同、能代表不同宏观煤岩的颗粒。利用工业分析、元素分析、煤岩分析、电子显微镜扫描分析、压汞仪测试、热天平分析、和小型流化床燃烧试验等手段研究了不同岩相颗粒的显微组分分布、颗粒表面形貌及内部孔隙结构、热天平着火温度及燃尽温度、反应性等颗粒性质及燃烧性质；并分别在热天平和自制小型流化床上研究了不同岩相龙岩煤颗粒的热破碎特性。分析了造成福建无烟煤燃烧中发生强烈热破碎的原因，归纳了不同岩相颗粒热破碎的特点，研究了影响福建无烟煤热破碎的因素，总结了热破碎随燃烧时间演化的规律。其次是研究福建无烟煤的反应动力学参数。利用热天平实验测试数据，分别采用Freeman-Carroll微分法、改良Coats-Redfern积分法和Flynn-Wall-Ozawa法等热分析手段求解4种无烟煤的燃烧动力学参数。研究不同热天平试验工况、不同处理方法和不同拟合区间等对求解结果的影响，分析用不同热分析方法求解反应动力学参数的可靠性并计算得到了几种典型福建无烟煤的燃烧反应动力学参数；再次是研究流化床燃烧中无烟煤焦的反应性随燃尽度的变化。提出了一个可用于比较煤焦反应性的通用判据——最大比失重速率，通过非等温热天平实验，采用最大比失重速率对不同煤种、同一煤种的不同宏观煤岩和同一种煤岩不同燃烧时间煤焦等的反应性进行了判断，并与用其它判据的比较结果作了对比；重点研究了流化床燃烧中不同燃尽度亮煤煤焦的反应性随时间变化情况。对锅炉的飞灰及其含碳性质的分析则以当前燃烧福建无烟煤的三台工业CFB锅炉的飞灰为对象，通过筛分、称重、灼烧等手段分析了飞灰的粒径和含碳量分布；利用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察、电子探针能谱分析(EDX)、热天平测试、和小型流化床燃烧试验等手段研究了飞灰颗粒的表面形态及颗粒性质、比较了飞灰碳与相应入炉煤的反应性，讨论了飞灰碳的来源。针对于锅炉运行特性参数对福建无烟煤洁净燃烧的影响，则主要研究了入炉煤颗粒径分布、飞灰回燃、过量空气系数和二次风率调整、添加石灰石脱硫等几种情况：一是在一台20t／h的第一代循环流化床锅炉上测试了三种不同平均粒度分布入炉煤的燃烧情况，研究入炉煤粒度分布对福建无烟煤燃尽的影响。得到入炉煤平均颗粒径变化对CFB锅炉炉膛稀相区的燃烧情况、对炉膛内温度分布和煤燃尽效果等的影响规律；二是研究了飞灰回燃对锅炉运行特别是飞灰含碳量及燃烧效率的影响。理论分析了飞灰回燃对CFB锅炉燃烧效率的影响，并在一台75t／h采用两级飞灰分离装置的第三代工业循环流化床上测试了飞灰回燃对锅炉返料器运行温度、飞灰的粒度分布及其含碳量、和锅炉燃烧效率及其它运行参数的影响。得到飞灰回燃量与飞灰含碳量和锅炉燃烧

论文目录:

摘要

ABSTRACT

符号表

第一章绪论

1.1 引言

1.1.1 关于无烟煤

1.1.2 福建无烟煤的燃烧特性

1.1.3 循环流化床锅炉燃烧技术的优势

1.2 CFB锅炉燃烧无烟煤的特点与存在问题

1.2.1 特点

1.2.2 存在问题

1.3 原因分析与国内外研究现状

1.3.1 原因分析

1.3.2 国内外研究现状

1.4 本文的研究意义、目的和内容简介

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究目的与内容简介

1.5 本章总结

第二章研究综述

2.1 关于影响无烟煤在CFB锅炉中燃尽的研究综述

2.1.1 燃料的燃烧特性对燃尽的影响

1) 煤质成分与结构对燃尽的影响

2) 煤中显微组分含量对燃尽的影响

2.1.2 燃料的筛分和成灰特性对燃尽的影响

1) 入炉煤的筛分粒度分布对燃尽的影响

2) 破碎和磨蚀现象对燃尽的影响

2.1.3 分离器的分离特性及物料在炉内停留时间对燃尽的影响

2.1.4 锅炉运行工况对燃尽的影响

1) 炉膛燃烧温度对燃尽的影响

2) 过量空气系数对燃尽的影响

3) 一、二次风分配和氧气后期混合能力的影响

2.2 关于无烟煤在流化床燃烧中破碎现象的研究

2.2.1 衡量破碎的参数

2.2.2 产生破碎的机理研究

2.2.3 关于破碎现象的数学描述

2.2.4 影响破碎的若干因素研究

1) 煤质

2) 煤颗粒径

3) 温度

4) 停留时间

5) 流化介质及流化速度

2.3 相关研究总结与存在问题

2.4 本章总结

第三章典型福建无烟煤不同宏观煤岩颗粒及其燃烧性质的实验研究

3.1 显微组分、表面形貌、孔隙性质与反应活性

3.1.1 实验

1) 煤样制备

2) 工业分析与元素分析

3) 显微组分的测定

4) 表面形貌分析

5) 孔隙特性分析

6) 燃烧与反应性分析

3.1.2 结果与分析

3.1.3 本节小结

3.2 热破碎性质研究

3.2.1 与破碎有关的若干颗粒性质测量

3.2.2 实验

1) 固定床破碎

2) 流化床破碎

3.2.3 结果与分析

3.2.4 本节小结

3.3 本章总结

第四章无烟煤燃烧动力学参数与反应性的热天平研究

4.1 无烟煤燃烧反应动力学参数的热分析研究

4.1.1 热天平实验过程与结果说明

4.1.2 不同热分析方法求解燃烧反应动力学参数的过程介绍

1) Freeman-carroll法

2) 改进Coats-Redfern法

3) Flynn-Wall-Ozawa法

4.1.3 求解结果

1) Freeman-Carroll法的求解结果

2) 改进Coats-Redfern法的求解结果

3) Flynn-Wall-Ozawa法的求解结果

4.1.4 结果分析与讨论

4.2 关于煤焦反应性的比较研究

4.2.1 实验

4.2.2 结果与分析

1) 不同反应性判据的计算结果比较

2) 最大比失重速率判断煤焦反应性的评析

4.3 本章总结

第五章燃烧福建无烟煤CFB锅炉的飞灰分析

5.1 飞灰的粒径及其含碳分布

5.1.1 实验

1) 飞灰取样

2) 分析方法

5.1.2 结果与分析

5.2 飞灰颗粒的表面形貌及其性质

5.2.1 实验

5.2.2 结果分析

5.3 飞灰碳及其相应入炉煤反应性比较及飞灰碳来源分析

§5.3.1 实验测试

§5.3.2 测试结果

§5.3.3 分析与讨论

§5.3.4 关于飞灰碳来源的进一步分析

5.4 本章总结

第六章无烟煤颗粒在循环流化床锅炉中的燃烬特性研究

6.1 粒径对无烟煤颗粒在CFB锅炉中燃烬影响的研究

6.1.1 粒径与流化气速的关系

6.1.2 不同粒径无烟煤颗粒的燃烧时间分析

1) 颗粒无烟煤的预热时间

2) 颗粒无烟煤焦炭粒子的燃尽时间

6.1.3 细颗粒无烟煤焦一次通过炉膛的燃尽特性

6.2 不同煤岩福建无烟煤颗粒在CFB中的燃烧行为及其对飞灰碳贡献的分析

6.2.1 不同煤岩福建无烟煤颗粒在CFB锅炉中的燃烧行为分析

6.2.2 燃烧福建无烟煤的CFB锅炉循环灰的构成及不同煤岩颗粒燃烧行为对循环灰构成的贡献

1) 循环灰的构成

2) 不同煤岩颗粒燃烧行为对循环灰构成的贡献

6.3 细颗粒无烟煤焦在CFB锅炉燃烧室内的燃尽特性研究

6.3.1 建模

1) 质量方程

2) 流动特性方程

3) 能量方程

4) 停留时间

5) 炉膛氧浓度分布

6) 飞灰含碳量计算

6.3.2 模型中相关参数的计算

6.3.3 模型求解结果与讨论

1) 模型的验证

2) 燃烧温度的影响

3) 过量空气系数影响

4) 流化速度的影响

5) 分离器分离效率影响

6.4 本章总结

第七章 CFB锅炉洁净燃烧福建无烟煤的研究

7.1 入炉煤粒径变化对CFB锅炉燃烧影响的工业型试验

7.1.1 试验装置、工况与过程描述

7.1.2 实验结果与分析

1) 入炉煤颗粒径变化对炉膛稀相区燃烧情况的影响

2) 入炉煤颗粒径变化对炉膛内温度分布情况的影响

3) 入炉煤颗粒径变化对燃尽效果的影响

7.1.3 本节小结

7.2 飞灰回燃对锅炉燃烧效率及运行工况影响研究

7.2.1 飞灰回燃对CFB锅炉燃烧效率影响的理论分析

7.2.2 飞灰回燃的工业试验

1) 锅炉的主要技术参数指标

2) 试验装置与过程说明

3) 试验结果分析

(1) 飞灰回燃前后灰粒径分布及其含碳量比较

(2) 回燃飞灰量对降低飞灰含碳的影响

(3) 回燃飞灰数量对锅炉其它运行参数的影响

7.2.3 本节小结

7.3 过量空气系数及二次风率对洁净燃烧的研究

7.3.1 试验装置及过程说明

7.3.2 试验结果与分析

1) 过量空气系数和二次风率对锅炉飞灰碳含量的影响

2) 对其它污染物排放的影响

7.3.3 本节小结

7.4 CFB锅炉燃烧福建无烟煤的炉内脱硫研究

7.4.1 试验装置、方法及过程描述

7.4.2 试验结果与分析

1) 不同钙硫摩尔比(Ca／S)对脱硫效果的影响

2) 石灰石颗粒径变化对脱硫效果的影响

3) 添加石灰石脱硫对锅炉运行温度的影响

4) 添加石灰石脱硫对其它污染物排放的影响

5) 炉内脱硫对飞灰和炉渣含碳量的影响

6) 添加石灰石脱硫对炉膛内热容景及锅炉热效率变化的影响

7.4.3 本节小结

7.5 本章总结

第八章全文总结和今后工作设想

8.1 全文总结

8.2 主要创新点

8.3 不足之处和研究展望

附录

(ⅰ) 参考文献

(ⅱ) 攻读博士学位期间发表的学术论文

(ⅲ) 致谢

发布时间: 2006-11-22

参考文献

[1].低热值煤层气与煤矸石CFB混烧特性数值模拟与试验研究[D]. 王炯.重庆大学2010
[2].CFB富氧燃烧下飞灰沉积的试验和数值模拟研究[D]. 郑志敏.哈尔滨工业大学2015
[3].新型CFB工业锅炉气固流动与热平衡、物料平衡特性研究[D]. 季炫宇.重庆大学2013
[4].工业CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料的研究[D]. 陆伟群.华东理工大学2012
[5].大型CFB锅炉气固流动若干关键性技术研究[D]. 陈继辉.重庆大学2008

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