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O_(2)/CO_(2)条件下半焦-生物质的混燃特性及动力学分析

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煤炭转化 2024年第3期47卷 1-12页

作者：张锦萍陈磊王长安车得福西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

半焦与生物质在O_(2)/CO_(2)条件下混燃是实现碳基燃料清洁高效利用和碳减排的重要途径,准确掌握其混燃特性及动力学特性尤为关键。通过热重分析和正交实验研究了半焦与三种生物质(稻壳、松木、核桃壳)在O_(2)/N_(2)和N_(2)/CO_(2)气氛... 详细信息

半焦与生物质在O_(2)/CO_(2)条件下混燃是实现碳基燃料清洁高效利用和碳减排的重要途径,准确掌握其混燃特性及动力学特性尤为关键。通过热重分析和正交实验研究了半焦与三种生物质(稻壳、松木、核桃壳)在O_(2)/N_(2)和N_(2)/CO_(2)气氛下混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学。结果表明:O_(2)/N_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火和燃尽特性,O_(2)/CO_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火特性,但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在主燃区存在明显的交互作用,该作用显著提高了混燃反应性和燃烧强度,降低了着火活化能。生物质掺混比增大,燃烧特性指数提高,混合燃料低温区的活化能E_(1)和高温区的活化能E_(2)均逐渐降低;掺混生物质为松木时,混燃特性最好,掺混生物质为稻壳时,混燃特性次之,掺混生物质为核桃壳时,混燃特性再次之。与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下的综合燃烧特性指数降低,E_(1)和E_(2)都提高,提高O_(2)/CO_(2)气氛中的O_(2)体积分数可小幅改善燃烧特性。燃烧气氛对燃烧特性和活化能的影响最显著,生物质掺混比的影响次之,掺混生物质的种类的影响最小,但若只考虑O_(2)/CO_(2)气氛的O_(2)体积分数变化,燃烧气氛对混燃特性的影响很小。

关键词：半焦生物质混燃 O_(2)/CO_(2)燃烧交互作用

宽负荷下切圆燃煤锅炉H_(2)S分布特性的数值模拟

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2887-2895页

作者：邓磊袁茂博杨家辉韩磊姜家豪车得福西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

锅炉采用空气分级燃烧降低NO_(x)排放的同时也提高了主燃区H_(2)S体积分数。炉墙壁面过高的H_(2)S体积分数是加剧水冷壁高温腐蚀的重要因素。为保障新能源并网发电,大型燃煤机组灵活调峰的需求增加,不同负荷下的水冷壁近壁面H_(2)S分布... 详细信息

锅炉采用空气分级燃烧降低NO_(x)排放的同时也提高了主燃区H_(2)S体积分数。炉墙壁面过高的H_(2)S体积分数是加剧水冷壁高温腐蚀的重要因素。为保障新能源并网发电,大型燃煤机组灵活调峰的需求增加,不同负荷下的水冷壁近壁面H_(2)S分布特性值得关注。通过正交试验分析了切圆燃煤锅炉运行参数对水冷壁近壁面H_(2)S体积分数分布的影响。选取一台超临界600 MW切圆燃煤锅炉建立数值模型,设计L_(16)(4^(5))正交工况,覆盖100%BMCR、75%THA,50%THA以及35%BMCR四种负荷。建立了自定义SO_(x)生成模型以确定燃料硫的析出和转化路径,模型包含多表面反应子模型以描述焦炭与O_(2)/CO_(2)/H_(2)O等3种气体的异相反应,并确定焦炭气化反应消耗量占总消耗量的比例,进而对炉膛H_(2)S空间分布进行了模拟计算。研究表明,近壁面高体积分数H_(2)S区域主要位于投运燃烧器层中最下层燃烧器以下以及最上层燃烧器以上至SOFA层之间,烟气切圆沿炉膛高度增加逐渐增大是造成后一区域H_(2)S体积分数较高的重要原因。35%BMCR负荷下水冷壁重点区域的H_(2)S平均体积分数为364μL/L,明显低于其他负荷。锅炉运行参数对重点区域H_(2)S体积分数影响程度的排序为:锅炉负荷>一次风率>主燃区空气过量系数>假想切圆直径>燃烧器竖直摆角。

关键词：切圆燃煤锅炉宽负荷 H2S分布正交分析数值模拟

碱/碱土金属对准东煤灰熔渣微观结构特性的影响

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燃烧科学与技术 2024年第4期30卷 347-358页

作者：罗茂芸王长安赵林聂影超车得福西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

采用分子动力学模拟方法对碱金属Na和碱土金属Mg对准东煤灰熔渣微观体系结构的影响开展了研究工作.结果表明,碱金属及碱土金属含量变化对体系中Al—O和Si—O键结合能影响不大,而当碱土金属含量增加,体系内桥氧含量降低,当碱土金属由22%... 详细信息

采用分子动力学模拟方法对碱金属Na和碱土金属Mg对准东煤灰熔渣微观体系结构的影响开展了研究工作.结果表明,碱金属及碱土金属含量变化对体系中Al—O和Si—O键结合能影响不大,而当碱土金属含量增加,体系内桥氧含量降低,当碱土金属由22%增加至53%,桥氧含量减少了36.37%,体系网络结构的聚合程度随之降低.熔渣微观体系中存在三配位氧,且数量随碱金属和碱土金属含量的增大而减少;准东煤熔渣体系中Al、Si原子的扩散能力总体上随碱金属含量增加而降低,随碱土金属含量增加而提高.

关键词：准东煤熔渣碱金属碱土金属微观结构

双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算及数值模拟研究

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热力发电 2024年第1期53卷 38-45页

作者：杨家辉汪瑾马翔邓磊笪耀东车得福西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安热工研究院有限公司陕西西安710054 中国特种设备检测研究院北京100029

对液态排渣锅炉的深入研究将会推动纯燃高碱煤技术的推广。以一台超临界350 MW机组直流双U型火焰液态排渣锅炉为研究对象,以燃烧室、捕渣管束和冷却室为单元,从热平衡的角度出发展开热力计算,并借助数值模拟手段,研究了炉膛内设计工况... 详细信息

对液态排渣锅炉的深入研究将会推动纯燃高碱煤技术的推广。以一台超临界350 MW机组直流双U型火焰液态排渣锅炉为研究对象,以燃烧室、捕渣管束和冷却室为单元,从热平衡的角度出发展开热力计算,并借助数值模拟手段,研究了炉膛内设计工况下的流场、温度场和组分场及其在变负荷时的变化情况。热力计算和数值模拟表明,几处烟气温度结果偏差都低于40.0℃。燃烧室出口烟气温度偏差仅为1.2℃,冷却室出口烟气温度偏差为15.6℃。经过验证和比较,所采用的热力计算方法可以应用于双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算。数值模拟结果显示,炉内空气动力场良好,旋流形成的回流区可以增加煤粉颗粒在燃烧室的运动路径,促进煤粉的燃尽。烟气在流经捕渣管时,温度大大降低,同时流场也受到了一定的扰动,可以有效捕捉灰渣。在变负荷工况下,炉内的速度场按负荷降低成比例下降,回流区的大小基本不变。炉内的温度水平降低,当给煤量由100%降至75%时,燃烧室出口烟温降低了约75℃,而冷却室出口烟温降低了约200℃。本研究可为双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤提供参考。

关键词：高碱煤液态排渣锅炉纯燃热力计算数值模拟

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高海拔低气压条件下烟气辐射特性

煤炭学报 2024年第2期49卷 1025-1036页

作者：车得福姚峤鹏王津董凌霄于吉明笪耀东邓磊西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 中国特种设备检测研究院北京100029

高原地区特殊的地理环境导致锅炉运行出现出力不足、排烟温度高等一系列问题。采用逐线法(Line-By-Linemethod, LBL),基于HITEMP2010光谱数据库(High-temperaturemolecular spectroscopic database),求解3组不同气压条件下(0.101 325、0.076 622和0.061 655 MPa)空气燃烧方式的烟气吸收系数和总发射率,分析了压力、温度和水蒸气与CO_(2)的摩尔比对烟气辐射特性的影响,改进了灰气体加权和(Weighted-Sum-of-Gray-Gases,WSGG)模型关联式,建立了适用于低气压条件下的WSGG模型参数。结果表明,压力的降低会减小烟气的总发射率,4种工况下压力从0.101 325 MPa下降到0.061 655 MPa时,总发射率随行程长度变化的最大差值分别为0.093 4、0.084 5、0.091 1和0.084 3。在小行程长度下,摩尔比越大,压力的变化对总发射率的影响越大,而大行程长度下则相反。温度的升高会减小烟气的总发射率,4种工况下,温度从1 000 K升到2 500 K时,总发射率随行程长度变化的最大差值分别为0.273 6、0.270 5、0.251 5和0.250 5。在小行程长度下,摩尔比越大,温度的变化对总发射率的影响越大,在大行程长度下则相反。摩尔比的增加会增大烟气的总发射率,4种工况下摩尔比从1增加到2时,总发射率随行程长度变化的最大差值分别为0.088 1、0.100 4、0.088 9和0.100 6。在小行程长度下,温度越高或压力越低,摩尔比变化对总发射率的影响越小,在大行程长度下则相反。改进后的WSGG模型在不同工况下烟气总发射率的最大相对误差为3.67%,相比现有基于常压条件下开发的WSGG模型外推到低压条件的误差有明显降低,表明改进后的WSGG模型更适用于低气压空气燃烧气氛。

关键词：烟气辐射高海拔低气压锅炉总发射率

新型光煤互补发电系统热力性能及技术经济性研究

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动力工程学报 2024年第6期44卷 973-983页

作者：王超王研凯孙浩家高荣泽全向王利民车得福内蒙古电力科学研究院呼和浩特010020 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为了减弱太阳能波动对光煤互补发电系统性能的影响,提出了新型光煤互补发电系统,建立了关键设备模型及子系统模型并进行验证,对新型光煤互补发电系统的热力性能及技术经济性进行了研究。结果表明:系统热力性能随运行负荷的下降而下降,... 详细信息

为了减弱太阳能波动对光煤互补发电系统性能的影响,提出了新型光煤互补发电系统,建立了关键设备模型及子系统模型并进行验证,对新型光煤互补发电系统的热力性能及技术经济性进行了研究。结果表明:系统热力性能随运行负荷的下降而下降,随太阳辐照强度增加而先升高后下降;系统年均输出功率为699 MW,年均节煤率为7.506 g/(kW·h),年均光电效率为10.82%;储热时长为10 h时系统技术经济性最优,此时全寿命周期内净现值为4.18×10^(4)万元,内部收益率为11.81%,动态投资回收期为12.6 a,平均度电成本为0.402元/(kW·h),盈利能力较强。

关键词：光煤互补发电系统热力性能技术经济性太阳辐照强度

燃煤耦合农林废弃物在流化床内燃烧的氮氧化物生成特性模拟研究

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动力工程学报 2024年第5期44卷 692-702页

作者：张涛戴良旭王长安杨琨袁天霖崇培安车得福上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

通过化学反应动力学模拟方法构建了流化床燃烧反应模型,研究了燃煤耦合农林废弃物燃烧过程中氮氧化物的生成特性与反应机理。结果表明:氮氧化物转化率随着农林废弃物掺混比例增加而增大,且随着生物质掺入量增加,转化率增长速率提高;燃... 详细信息

通过化学反应动力学模拟方法构建了流化床燃烧反应模型,研究了燃煤耦合农林废弃物燃烧过程中氮氧化物的生成特性与反应机理。结果表明:氮氧化物转化率随着农林废弃物掺混比例增加而增大,且随着生物质掺入量增加,转化率增长速率提高;燃烧温度对氮氧化物转化率的影响较大;随着燃烧系统氧体积分数增大,氮氧化物转化率先缓慢增大,在氧体积分数达到一定值后迅速增大,之后变化趋于缓慢;出于经济性与技术可行性的考量,可以选择降低风量小的燃尽风氧体积分数来进一步降低氮氧化物生成量,为实际燃煤耦合生物质燃烧锅炉控制污染物排放提供一定的技术支撑和指导意见。

关键词：燃煤耦合生物质流化床农林废弃物氮氧化物数值模拟

660MW超临界直流锅炉水冷壁动态特性仿真研究

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动力工程学报 2024年第7期44卷 1001-1009页

作者：王超王研凯陈相如孙兴业刘铠瑞王利民车得福内蒙古电力(集团)有限责任公司呼和浩特010020 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

为研究锅炉水冷壁的动态特性,将水冷壁划分为多个模块,区分了沿高度方向与沿周向的热负荷不均匀情况,建立了660 MW超临界锅炉水冷壁区域的动态仿真模型。研究了水冷壁不同墙在热负荷变化下的壁温分布,对比了不同边界条件阶跃下水冷壁的... 详细信息

为研究锅炉水冷壁的动态特性,将水冷壁划分为多个模块,区分了沿高度方向与沿周向的热负荷不均匀情况,建立了660 MW超临界锅炉水冷壁区域的动态仿真模型。研究了水冷壁不同墙在热负荷变化下的壁温分布,对比了不同边界条件阶跃下水冷壁的响应特性,考察了变负荷过程中水冷壁的水动力与壁温特性。结果表明:后墙热负荷变化只会影响后墙水冷壁与凝渣管处的壁温;当后墙热负荷上升到锅炉最大出力的1.5倍时,凝渣管出现超温现象;当热负荷、入口质量流量与入口工质温度分别阶跃降低10%时,汽水分离器处出口汽温分别变化-7.97 K、+11.57 K和-19.97 K,即入口工质温度变化对汽温的影响最大;升负荷过程中汽温先上升后下降,降负荷过程中汽温先下降后上升。

关键词：超临界锅炉动态特性变负荷水动力壁温

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富油煤原位热解技术研究现状及进展

煤炭学报 2024年第9期49卷 3969-3984页

作者：王苗王长安宁星陈美静黄笑乐薛香玉毛崎森邓磊车得福西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

我国富油煤资源量丰富,原位热解提取油气不仅可以实现富油煤的高效清洁低碳利用,还可以缓解油气对外依存度,是未来富油煤开采利用的重要发展方向之一。简述了富油煤的热物理性质及分布特性,地面热解和原位热解的工艺特点,重点阐述了富... 详细信息

我国富油煤资源量丰富,原位热解提取油气不仅可以实现富油煤的高效清洁低碳利用,还可以缓解油气对外依存度,是未来富油煤开采利用的重要发展方向之一。简述了富油煤的热物理性质及分布特性,地面热解和原位热解的工艺特点,重点阐述了富油煤原位热解(布井方式、加热方式、原位气化热解一体化、余热利用、储层压裂、地下封闭技术)的研究现状及进展,最后对富油煤原位热解技术的发展方向进行了展望。①梯级利用是富油煤地面热解的重要途径,井工式原位热解可实现井下收油,但需解决长距离输运管道保温问题,钻孔式原位热解是通过高温介质或电加热进行热解,可采用矿区的分布式能源加热载热流体。②推荐采用对流加热为主,其他加热方式为辅的复合加热技术,可利用原位热解后的余热预热载热流体,也可将煤层局部氧化反应的热量用于富油煤原位热解过程,降低载热流体的注热能耗。③原位气化热解一体化技术可有效提高热能利用率,但气化空腔需进行填充。④综合考虑储层压裂和富油煤原位热解孔隙变化规律,控制煤层裂缝生成路径,形成裂缝网络,以增强煤层热传导效率,降低油气产物在煤层中的运移难度。⑤根据富油煤热解工艺特点,选择适宜的地下体系封闭技术,可促进富油煤原位热解过程中能量的高效利用及生态环境保护,其中CO_(2)气驱止水技术在实现地下体系封闭的同时,还可以进行油气驱替并实现CO_(2)的地质封存。

关键词：富油煤原位热解加热技术储层压裂体系封闭

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