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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(jī)理與核心技術(shù),并在此基礎(chǔ)上研究開(kāi)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(gè)不同升溫速率下對(duì)水煤漿進(jìn)行TG-DTA熱解實(shí)驗(yàn),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(kāi)始散失,在大約110℃~180℃時(shí)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(dāng)溫度達(dá)到380℃~430℃左右時(shí),水煤漿中的揮發(fā)分開(kāi)始析出,之間是一個(gè)平臺(tái)。并且升溫速率越大,各曲線所對(duì)應(yīng)的失水結(jié)束時(shí)的溫度和揮發(fā)分開(kāi)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(dòng)力學(xué)參數(shù),其活化能隨升溫速率的升高而減小,用一級(jí)反應(yīng)模擬水煤漿的熱解比較適合。采用居里點(diǎn)裂解儀在中速升溫速率下對(duì)水煤漿和原煤粉的熱解對(duì)比表明,水煤漿熱解的活化能比原煤粉大。在4
3、個(gè)不同升溫速率下對(duì)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(gè)連續(xù)的過(guò)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?lái)說(shuō),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(dòng)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(diǎn),且著火點(diǎn)隨升溫速率增大而增大。
利用流化床試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)研究水煤漿在異密度流化床內(nèi)的燃燒過(guò)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(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)水煤漿球在進(jìn)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(shí)間及破碎的試驗(yàn)結(jié)果表明,三者的體積減小規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)來(lái)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(shí)已基本燃盡飛出爐膛。在對(duì)水煤漿用異密度流化床試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行燃燒試驗(yàn)的結(jié)果表明,水煤漿穩(wěn)定燃燒時(shí),床料內(nèi)灰量很少,實(shí)際運(yùn)行時(shí)無(wú)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(yàn)臺(tái)燃燒時(shí)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(guò)7μL/L。
用德國(guó)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(guò)程(室溫~1600℃)中存在三個(gè)相對(duì)獨(dú)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(gè)膨脹區(qū)
7、與SiO2的多晶型轉(zhuǎn)變溫度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。SEM照片顯示,當(dāng)終端加熱溫度進(jìn)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(xì)裂紋,試樣的強(qiáng)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(jìn)行正交試驗(yàn)的結(jié)果表明,破碎是在顆粒表面進(jìn)行的,破碎的主要?jiǎng)恿κ菧囟忍荻纫鸬脑陬w粒表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力,產(chǎn)生大量的細(xì)顆粒,容易因揚(yáng)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(shí)Sf隨顆粒直徑的變化曲線比較平坦,即顆粒初始直徑對(duì)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(cè)模型,驗(yàn)證了其合理性并利用該模型對(duì)各種床溫條件下的dlj進(jìn)行的預(yù)測(cè)結(jié)果表明:dlj隨床溫的升高而減小,床溫為650℃、750℃、850℃、910℃時(shí)的dlj分別為3.9451,2.43,1.0129,0
9、.2025mm。運(yùn)行參數(shù)對(duì)石英砂床料磨損的影響的排序?yàn)椋涸碱w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(gè)無(wú)因次結(jié)構(gòu)因子進(jìn)行三水平數(shù)值試驗(yàn),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(shí)的結(jié)構(gòu)是本數(shù)值試驗(yàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)。對(duì)一組分離器的試驗(yàn)阻力進(jìn)行模擬,所得結(jié)果基本吻合,說(shuō)明組合式旋渦分離器阻力小,在冷態(tài)運(yùn)行時(shí)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(kāi)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(yùn)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(fù)荷調(diào)節(jié)特性好、水煤漿品質(zhì)適應(yīng)性好、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),具有先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)與環(huán)保指標(biāo)。并成功地將一臺(tái)75t/h燃油鍋爐改造成60t/h水煤
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