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单颗粒煤泥的燃烧与爆裂特性研究

单颗粒煤泥的燃烧与爆裂特性研究

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作者：赵凯祥哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着近几年我国对环境的日益重视及对排放要求的日益严苛,我国的煤矿企业对煤炭洗选比例也正逐年增加,而煤泥作为煤炭洗选过程中主要的副产物,产量也逐年增多,煤泥的利用成为亟待解决的问题,在锅炉里掺烧煤泥发电是最佳的利用方式之一... 详细信息

随着近几年我国对环境的日益重视及对排放要求的日益严苛,我国的煤矿企业对煤炭洗选比例也正逐年增加,而煤泥作为煤炭洗选过程中主要的副产物,产量也逐年增多,煤泥的利用成为亟待解决的问题,在锅炉里掺烧煤泥发电是最佳的利用方式之一。煤泥燃烧过程中的着火特性和爆裂特性会严重影响煤泥在燃烧室内的燃烧特性。为给工程应用中的燃烧组织提供实验数据和理论依据,本研究将以单颗粒煤泥为研究对象,探究其燃烧与爆裂规律并揭示其燃烧机理,从而为进一步燃料的清洁燃烧新工艺的研究提供基础。本文的主要通过搭建单颗粒燃料燃烧试验台,建立完整的单颗粒燃料燃烧的点火及观测系统,进行单颗粒煤泥加热试验,并利用视频分析、Image-Pro Plus图像处理或软件分析方法等手段对试验数据进行分析,探究了不同加热方式下不同3～6mm煤泥颗粒的燃烧特性以及20%水分情况下的3～6mm煤泥颗粒爆裂特性,从而得到了有参考价值的结果。研究发现,不同加热条件下各种煤泥颗粒的着火机理和燃烧过程是有区别的,激光加热条件下加热速率很高,对于挥发分含量较高的煤泥,会依次发生颗粒表面着火同时挥发分析出、挥发分着火和碳的燃烧过程,表现为均相与非均相联合着火;对于挥发分含量较低的煤泥则只有颗粒表面着火同时挥发分析出和碳的燃烧阶段,表现为非均相着火。而丁烷火焰加热速率较低,表面不易着火,挥发分含量较高的煤泥表现为均相着火,挥发分含量较低的煤泥为缓慢的均相着火。由于挥发分和灰分含量不同,以及加热条件不同导致着火机理和燃烧现象的不同。利用软件彩色阈值分割法处理后得到不同煤泥燃烧时归一化火焰面积变化,三种煤泥在激光加热和丁烷加热条件下燃烧过程中最大归一化火焰面积和平均归一化火焰面积均随着粒径的增大而呈增大趋势。通过高速相机视频可以看到煤泥爆裂时表面碎片以间歇式的方式逐层从煤泥外层脱落。外部加热使颗粒外层干燥并具有一定强度,干燥层会阻碍内部的水分析出因此产生内部应力,当这个内部应力达到一定程度时煤泥干燥层便会在应力作用下破碎发生爆裂行为。两种加热条件下三种煤泥的初次爆裂初始时间和爆裂持续时间随粒径均有增大的趋势,但是由于激光加热速率很高,激光加热条件下三种煤泥的初次爆裂初始时间十分接近并且随粒径变化幅度很小。利用软件程序处理丁烷加热条件下煤泥爆裂图像后可以得到不同煤泥爆裂过程的归一化火焰面积变化曲线,发现煤泥爆裂过程中的火焰面积与爆裂频率呈相反的变化趋势。

关键词：煤泥单颗粒燃烧特性爆裂特性软件图像处理

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