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基于实验与仿真的最优蒸汽管网保温结构确定

化工进展 2024年第7期43卷 4164-4172页

作者：何海军王乃继煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工清洁能源股份有限公司北京100013 北京天地融创科技股份有限公司北京100013

建立了蒸汽管道多层复合保温结构传热模型,采用DN200mm管道实验研究了不同保温结构和保温材料对隔热性能的影响,根据实验数据验证了数学模型准确性,并以此为基础给出了不同工况下最佳保温方案的确定方法。实验结果显示,管道表面热流密... 详细信息

建立了蒸汽管道多层复合保温结构传热模型,采用DN200mm管道实验研究了不同保温结构和保温材料对隔热性能的影响,根据实验数据验证了数学模型准确性,并以此为基础给出了不同工况下最佳保温方案的确定方法。实验结果显示,管道表面热流密度随着对流层的加入和气囊层数的增加而降低,随披肩厚度和保温总厚度的增加逐渐降低,而反射层数量增加热流密度先降低后升高。传热模型预测结果与实验数据高度吻合,相差不到6%。从经济性分析,不宜采用对流层作为保温材料。最终确定的最佳保温方案能够显著降低系统的供热总成本,最优保温厚度值随管内介质温度和管径的增加而升高。对于温度大于400℃的高温管道,采用复合保温结构相比于单一硅酸铝保温可节省超过30%的投资。

关键词：传热复合保温结构最优保温方案经济性分析

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水平管降膜换热器性能规律研究进展

科学技术与工程 2024年第3期24卷 879-896页

作者：王乃继朱承磊李美军煤炭科学研究总院北京100013 北京天地融创科技股份有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气... 详细信息

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气体温度、流向及流量,溶液流量、温度及浓度,内部媒介流量及温度等)与结构参数(管径、管间距等)对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律,以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律,包括整体性能和局部微细特征,为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。

关键词：水平管降膜管间流型液膜厚度润湿性传热传质

平焰燃烧器煤/NH_(3)燃烧特性实验研究

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3667-3676页

作者：崔名双牛芳纪任山王乃继张鑫梁兴底一王圣烨北京天地融创科技股份有限公司北京100011 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013 陕西庆华汽车安全系统有限公司陕西西安710025

随着“碳达峰,碳中和”目标的提出,将煤与NH_(3)混燃逐步减少煤电是实现降碳的一种新途径,但煤/NH_(3)的混燃特性尚不清晰。因此,基于平焰燃烧器开展煤/NH_(3)燃烧实验,探究了掺氨比(E(NH_(3)),0~100%)、煤/NH_(3)注入方式(预混、非预混... 详细信息

随着“碳达峰,碳中和”目标的提出,将煤与NH_(3)混燃逐步减少煤电是实现降碳的一种新途径,但煤/NH_(3)的混燃特性尚不清晰。因此,基于平焰燃烧器开展煤/NH_(3)燃烧实验,探究了掺氨比(E(NH_(3)),0~100%)、煤/NH_(3)注入方式(预混、非预混)对燃烧特性的影响,采用相机、烟气分析仪,热电偶检测了火焰形态、燃烧器上方高度(Heights Above Burner,HAB)中心沿程烟气中气体组分及温度分布情况,并测定了飞灰中未燃碳的含量,得到:在燃烧初期,煤/NH_(3)争夺O_(2)的现象更明显,由于燃烧区NH_(3)燃烧产生的富水气氛,使得在预混低E(NH_(3))下,CO与OH发生反应,CO质量浓度降低,而在高E(NH_(3))下,一方面NH_(3)优先与O_(2)结合,导致大量碳不完全燃烧,另一方面,富水气氛促进了煤的气化反应,导致燃烧还原区的CO质量浓度大幅升高,最高可达19773.05 mg/Nm^(3),但此过程改变了焦炭的孔隙结构,增加了焦炭的比表面积,加快了煤粉的燃烧进程,使预混条件下飞灰残炭量由13.90%(纯煤燃烧)降低至13.44%(E(NH_(3))=80%),过早注入NH_(3)会减轻燃烧前期NH_(3)燃烧对煤粉的预热作用,降低在火焰反应区的燃烧强度;掺NH_(3)后NO_(x)排放量大幅上升,随着E(NH_(3))增加,NO_(x)先增加后降低,且NO质量浓度峰值提前,未燃NH_(3)及氧体积分数分别是影响N_(2)O、NO_(2)生成的主要因素,增加煤/NH_(3)燃烧的停留时间、减少未燃NH_(3)体积分数、创造还原性气氛均是降低NO_(x)的有效方式;在预混高掺氨比(E(NH_(3))≥80%、HAB=100 mm)及非预混工况下,CO_(2)%随着E(NH_(3))增加呈现降低的趋势;预混E(NH_(3))=40%~60%工况更有利于实现煤/NH_(3)的低氮、低碳、高效燃烧,煤粉掺NH_(3)燃烧存在相互促进和抑制作用,需根据实际情况采取有效措施以发挥煤/NH_(3)混燃的促进作用。

关键词：煤/NH_(3)混合燃料燃烧特性掺氨比煤/NH_(3)注入方式气体组分

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上斜式旋转锥解耦燃烧器的燃烧性能

工业炉 2024年第2期46卷 1-7页

作者：杨石王乃继陈隆王学文王志强莫日根北京天地融创科技股份有限公司

在4 MW工业级热态试验平台上，研究了上斜式旋转锥解耦燃烧器燃烧生物质、煤矸石的性能。考察了一级锥转速、过量空气系数、配风等操作条件对燃料燃尽率、燃烧速率、燃烧份额的影响规律。结果表明：提高旋转锥转速和过量空气系数对燃料... 详细信息

在4 MW工业级热态试验平台上，研究了上斜式旋转锥解耦燃烧器燃烧生物质、煤矸石的性能。考察了一级锥转速、过量空气系数、配风等操作条件对燃料燃尽率、燃烧速率、燃烧份额的影响规律。结果表明：提高旋转锥转速和过量空气系数对燃料燃烧具有明显的促进作用；配风比对燃烧器性能具有显著影响，当一次风配比过低时，燃料不能正常燃烧。当一次风配比过高时，燃料的燃尽率、燃烧速率、未燃尽份额都比最佳配风比时有所劣化。对于本文燃用的生物质燃料，最佳配风比为一次风配比0.4～0.6。

关键词：上斜式旋转锥解耦燃烧器燃烧性能最佳配风比

高速煤粉燃烧器大占比掺烧秸秆共燃烧试验研究

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煤炭科学技术 2021年第8期49卷 226-231页

作者：陈隆王乃继煤科院节能技术有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院北京100013

为了研究煤粉工业锅炉大占比掺混生物质的燃烧特性和NOx排放特点,以高速煤粉燃烧器为研究对象,在型号为WNS的6 t/h蒸汽锅炉系统上进行试验研究,燃料为秸秆和神府烟煤混合粉体。首先研究混合燃料在高速煤粉燃烧器中的燃烧稳定性,其次研... 详细信息

为了研究煤粉工业锅炉大占比掺混生物质的燃烧特性和NOx排放特点,以高速煤粉燃烧器为研究对象,在型号为WNS的6 t/h蒸汽锅炉系统上进行试验研究,燃料为秸秆和神府烟煤混合粉体。首先研究混合燃料在高速煤粉燃烧器中的燃烧稳定性,其次研究掺混占比、锅炉负荷及空气分级对燃烧和NOx的影响。研究结果表明:不对燃烧器做任何改动,不同占比的混合燃料均能够在燃烧器中着火和稳燃,工况4条件下锅炉从点火到额定负荷只需26 min,燃烧器观火孔处火焰橘红色,炉尾火焰亮红色,锅炉运行氧含量与炉膛压力波动平稳;当深度空气分级时,三次风达到总风量的质量浓度50%,秸秆占比为0时的NOx最低排放质量浓度为420 mg/m^(3)左右,飞灰热值5525 kJ/kg;秸秆占比分别为50%和70%时NOx最低排放质量浓度为110~120 mg/m^(3),飞灰热值2511~2930 kJ;秸秆占比为100%时NOx最低排放质量浓度为200 mg/m^(3),飞灰热值为0,表明大占比掺混生物质有利于提高深度空气分级时的燃烧效率和低氮效果;当锅炉负荷从4 t/h提高到6 t/h,掺混秸秆占比为50%和70%的混合燃料燃烧和低氮效果变优,燃用纯秸秆粉体NOx排放质量浓度从135 mg/m^(3)增加到218 mg/m^(3);二次风是影响NOx排放的决定性因素,以50%掺混占比的混合燃料为例,使用空气分级技术,100%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为27%和100%,NOx初始排放质量浓度从417 mg/m^(3)降低到182 mg/m^(3),80%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为20%和70%,NOx初始排放质量浓度从711 mg/m^(3)降低到205 mg/m^(3)。

关键词：煤粉工业锅炉高速煤粉燃烧器掺烧秸秆深度空气分级

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29 MW高速煤粉燃烧器稳燃机理

煤炭学报 2021年第S02期46卷 1069-1076页

煤粉工业锅炉广泛应用于市政热力和工业园区,具有快速启停和调节负荷的优势。为了提高煤粉工业锅炉经济性,降低燃料成本,需要提高煤粉工业锅炉的燃料适应性。高速煤粉燃烧器作为煤粉工业锅炉的核心设备,目前其稳燃性能的研究主要围绕工... 详细信息

煤粉工业锅炉广泛应用于市政热力和工业园区,具有快速启停和调节负荷的优势。为了提高煤粉工业锅炉经济性,降低燃料成本,需要提高煤粉工业锅炉的燃料适应性。高速煤粉燃烧器作为煤粉工业锅炉的核心设备,目前其稳燃性能的研究主要围绕工业试验开展。以29 MW高速煤粉燃烧器为研究对象,研究其稳燃机理,首先对电站锅炉燃烧器着火热公式进行修正,获得适合于煤粉工业的着火热计算公式,计算7种负荷下的一次风煤粉气流着火热;其次采用数值模拟的方法分析6种工况下回流区变化情况并使用掺混系数分析高速煤粉燃烧器额定负荷燃烧混煤(工况f)时回流区边界上一次风和二次风混合情况;最后分析配置高速煤粉燃烧器的40 t/h蒸汽锅炉使用混煤和神府烟煤燃烧效果。研究结果表明,高速煤粉燃烧器一次风煤粉气流着火热随着负荷的提高而提高,当负荷从35%提高到100%,使用神府烟煤和混煤的着火热分别为450~850 kW和650~1300 kW;高速煤粉燃烧器回流区大小与负荷变化关系不大,高负荷下燃烧器内的稳燃压力大于低负荷,55%和75%负荷时回流区靠近一次风管回流帽;随一次风逆喷距离与一次风管内径比(L/d)增加,工况f回流区边界掺混系数由负值逐渐增加到正值,说明高温烟气能够及时进入回流区,促进一次风气流加热升温,同时在回流区末端烟气流出边界,与二次风汇合,形成滞止区,生成值班火焰;工业试验表明锅炉中低负荷下燃用混煤能够稳定着火并燃烧,当二次风量超过20000 Nm/h时燃烧不稳定,因为值班火焰被冷风逐渐吹灭,燃烧器内稳燃循环被打破。

关键词：煤粉工业锅炉高速煤粉燃烧器着火热回流区掺混系数值班火焰

垃圾焚烧处置中二噁英和重金属污染控制技术进展

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洁净煤技术 2021年第6期27卷 59-75页

作者：陈怀俊牛芳王乃继煤炭科学研究总院北京100013 煤科院节能技术有限公司北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

论述了二噁英和重金属的污染及形成过程,对比分析了焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术和焚烧后的飞灰处置技术。垃圾焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术主要包括燃烧前垃圾的分类分选及预处理;燃烧中的促进垃圾完全燃烧或添加二噁英... 详细信息

论述了二噁英和重金属的污染及形成过程,对比分析了焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术和焚烧后的飞灰处置技术。垃圾焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术主要包括燃烧前垃圾的分类分选及预处理;燃烧中的促进垃圾完全燃烧或添加二噁英生成抑制剂都能减少二噁英的生成;燃烧后的烟气急冷技术能避免二噁英再次生成,通过烟气净化技术降低烟气中二噁英和重金属的排放浓度,使烟气达标排放,并将烟气中的二噁英和重金属转移到飞灰中,对二噁英和重金属的最终处置主要针对飞灰进行。目前飞灰处置技术主要分为固化稳定化+填埋、分离提取、飞灰的资源化利用。固化稳定化+填埋技术成熟、操作简单、处置成本相对较低,其中化学药剂稳定化+填埋是我国飞灰处置的主要手段之一,但该技术存在二噁英和重金属的长期稳定性不足等问题,且填埋会占据大量土地资源,主要用作飞灰暂存技术。分离/提取飞灰中重金属和氯盐可以实现飞灰资源化利用,但垃圾中重金属和可溶盐的成分及含量、投资成本高及后续废水的处理难度大等问题制约了分离/萃取技术的应用,目前并未实现大规模工业化应用。通过水洗也可去除飞灰中部分重金属和大量氯盐,常用作飞灰的预处理,促进后续对飞灰的资源化利用。飞灰资源化利用的关键在于重金属的长期稳定性和二噁英的彻底降解,并达到相关产品的性能要求,实现飞灰的资源化利用。飞灰高温处置技术可有效固定重金属、彻底分解二噁英,是最具前景的飞灰处置技术之一,但由于飞灰高温处置技术投资及运行成本高、能量消耗大,且我国高温处置技术相对落后,该技术并未实现大规模应用。水泥窑协同处置技术通过高温固化直接实现飞灰的资源化利用,并不会额外消耗更多的能量,该技术已成为我国除化学稳定化+填埋外最主要的飞灰处置方式。水热法和机械化学法相对于高温处置能耗较低,具有很好的发展前景,目前还处于试验研究阶段。

关键词：城市生活垃圾焚烧垃圾焚烧飞灰二噁英重金属飞灰资源化

煤粉富氧分级燃烧NO_(x)排放特性的实验研究

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3092-3099页

作者：陈怀俊牛芳龚艳艳魏琰荣王乃继煤炭科学研究总院北京市朝阳区100013 煤科院节能技术有限公司北京市朝阳区100013

开发煤粉高效清洁燃烧技术是实现“双碳”目标的有效途径之一。该文利用两段式高温滴管炉,研究煤粉高温富氧分级燃烧条件下NO_(x)排放的规律。结果表明:二次风量过大或过小均不利于抑制NO的生成,并且二次风氧气浓度和二次风量对NO_(x)... 详细信息

开发煤粉高效清洁燃烧技术是实现“双碳”目标的有效途径之一。该文利用两段式高温滴管炉,研究煤粉高温富氧分级燃烧条件下NO_(x)排放的规律。结果表明:二次风量过大或过小均不利于抑制NO的生成,并且二次风氧气浓度和二次风量对NO_(x)的排放规律存在交互影响;NO_(x)排放浓度最低对应的最佳二次风氧气浓度随二次风量氧气系数的增加而减小。当二次风量氧气系数为0.4~0.5且二次风氧气浓度为30%~70%时,存在多组工况NO_(x)排放浓度满足超低排放要求,并且此时飞灰含碳量均低于8%。高温富氧分级燃烧能实现煤粉高效燃烧的同时直接实现NO_(x)的超低排放。

关键词：煤粉 NO_(x)排放富氧燃烧空气分级燃烧低氮燃烧燃烧效率

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小型常压煤粉仓惰性气体保护系统设计及应用

煤炭科学技术 2012年第8期40卷 115-117,63页

作者：徐尧王乃继肖翠微煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院北京100013 煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室北京100013

为解决煤粉仓CO浓度或温度增高导致的自燃问题,根据煤粉工业锅炉系统燃料安全储存需求,参照相关国家标准和国外设计手册,提出了小型常压煤粉仓惰性气体保护系统设计计算方法和系统控制方案。针对2台容积40 m3的煤粉仓设计了小型常压煤... 详细信息

为解决煤粉仓CO浓度或温度增高导致的自燃问题,根据煤粉工业锅炉系统燃料安全储存需求,参照相关国家标准和国外设计手册,提出了小型常压煤粉仓惰性气体保护系统设计计算方法和系统控制方案。针对2台容积40 m3的煤粉仓设计了小型常压煤粉仓惰性气体保护系统,当检测到煤粉仓内CO体积分数达1 200×10-6或任意一处温度高于70℃时,系统可通过自动启动、手动启动、机械应急启动3种方式对煤粉仓保护,结合工程实例对该系统予以验证。结果表明:采用低压CO2惰化系统对煤粉仓实施保护,当保护气体CO2的储存量为355 kg,可明显降低煤粉自燃的风险。

关键词：煤粉仓煤粉自燃惰化保护低压CO2 灭火系统