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煤粉锅炉大比例直燃耦合生物质的影响研究及工程应用

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洁净煤技术 2024年第S2期 237-242页

作者：刘光鹏曾洁冉燊铭李小荣张秀昌郭光亮清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室东方电气集团东方锅炉股份有限公司

生物质作为一种重要的清洁能源，将它与煤掺烧或纯烧，有利于减少CO2排放。通过计算660 MW超临界对冲燃煤锅炉分别耦合小麦、玉米、水稻、芦竹和木头等5种生物质（耦合比例0～50%）,并结合某一锅炉机组直燃耦合生物质的试验数据，分析... 详细信息

生物质作为一种重要的清洁能源，将它与煤掺烧或纯烧，有利于减少CO2排放。通过计算660 MW超临界对冲燃煤锅炉分别耦合小麦、玉米、水稻、芦竹和木头等5种生物质（耦合比例0～50%）,并结合某一锅炉机组直燃耦合生物质的试验数据，分析耦合燃烧后对锅炉运行参数的影响规律，包括对烟气量、理论燃烧温度、炉膛出口烟温、空预器出口烟温、污染物排放、飞灰可燃物以及锅炉效率的影响。结果表明，掺烧小麦秸秆、玉米秸秆及芦竹时产生的烟气量增加，理论燃烧温度降低，而掺烧水稻和木头时的变化趋势相反。当芦竹掺烧比例达到50%时，烟气量增加了8.87%,可能需要对原引风机系统进行改造。掺烧芦竹时理论燃烧温度下降了146℃,掺烧水稻和木头时理论燃烧温度分别增加了48、54℃。因此，芦竹更适用于高温腐蚀严重的高硫煤锅炉，水稻和木头更适用于未燃尽碳损失较大的贫煤或无烟煤锅炉。随着生物质耦合比例的增加，炉膛出口烟温下降，但下降幅度不明显，其中耦合木头时下降最快，掺烧50%时仅下降了17℃。由于进入空预器换热的冷风变少，因此空预器出口烟温升高了19～38℃、锅炉热效率下降了1.18%～2.5%,在保证安全的情况下，应尽可能提高生物质的输送风温。生物质中硫的质量分数低，耦合燃烧后SO2排放减少，但NOx排放与燃料成分、炉膛氧量以及燃烧组织方式有关，改造时需根据锅炉具体情况选择生物质的送入位置。可通过锅炉燃烧系统优化、受热面改造、余热利用等措施，来适应燃煤锅炉大比例直燃耦合生物质的需求。当掺烧40 t/h的生物质燃料时，每年预计可减排27万tCO2。

关键词：生物质煤粉锅炉耦合发电影响研究工程应用

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燃煤掺烧氢对燃烧特性影响的试验研究

洁净煤技术 2024年

作者：赵硕王勇汪鑫韦耿林山虎范卫东东方电气集团东方锅炉股份有限公司清洁燃烧与烟气净化四川省重点试验室上海交通大学机械与动力工程学院

氢作为无碳燃料，具有产量大，无污染以及零碳排放等特点。工业锅炉通过燃煤掺氢燃烧可以减少含碳燃料的使用进而有效降低碳排放，但掺烧氢会对NOx排放产生影响。首先对绿氢进行技术经济分析与传统化工燃料进行对比，并在东方电气集团... 详细信息

氢作为无碳燃料，具有产量大，无污染以及零碳排放等特点。工业锅炉通过燃煤掺氢燃烧可以减少含碳燃料的使用进而有效降低碳排放，但掺烧氢会对NOx排放产生影响。首先对绿氢进行技术经济分析与传统化工燃料进行对比，并在东方电气集团东方锅炉股份有限公司的50 kW下行炉燃烧试验炉上开展了燃煤掺氢燃烧试验，研究NOx、CO及CO2生成规律，并在空气分级的基础上，对掺氢比以及燃尽风等影响因素进行了研究。结果表明：目前，风能和太阳能等无法储存的废弃电力制取绿氢会有较好的经济性。试验分析，在一定的燃尽风下，随着掺氢比的增加，CO2的排放量逐渐降低，NOx排放出现先降低后升高的趋势，在30%掺氢比例下NOx的排放量最低，为263.3 mg/m3（对应氧量3.5%）；CO排放量随着掺氢比的增加出现先升高后降低的情况。在一定的掺氢比下，随着燃尽风增加，NOx的排放急剧降低，燃尽风从17%增加到52%，NOx排放量从742.7 mg/m3降低到193.6 mg/m3。此次掺烧研究为燃煤掺氢技术在大型工业锅炉中应用提供了数据支撑，促进了氢燃料在燃煤发电领域的发展，有助于燃煤锅炉双碳目标的实现。

关键词：氢经济分析煤掺烧比例 NOx

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高温受热面壁温智能调节系统开发及应用

洁净煤技术 2024年第9期30卷 140-146页

作者：刘一张秀昌陈虹张中财冉燊铭周旭清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川成都611731 东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川自贡643001

大容量、高参数的对冲燃烧煤粉锅炉常因高温受热面壁温分布不均影响运行安全性和经济性。针对该问题,通常需开展制粉系统或燃尽风的优化调整,但由于壁温分布可能随锅炉运行工况变化,单次优化调整结论无法适应所有工况。基于壁温调节原... 详细信息

大容量、高参数的对冲燃烧煤粉锅炉常因高温受热面壁温分布不均影响运行安全性和经济性。针对该问题,通常需开展制粉系统或燃尽风的优化调整,但由于壁温分布可能随锅炉运行工况变化,单次优化调整结论无法适应所有工况。基于壁温调节原理设计了燃尽风智能调节策略,优化了燃尽风装置的进风结构并配备电动执行器,开发了一套高温受热面壁温智能调节系统,旨在实现燃尽风优化调整的自动化和智能化。在某1000 MW机组开展了高温受热面壁温智能调节系统的实炉测试,对比了不同负荷下未投用和投用该系统后高温过热器出口的壁温分布及高温过热器、屏式过热器出口汽温与最高壁温的偏差随时间的变化趋势,统计了不同负荷段未投用和投用该系统后高温过热器、屏式过热器出口汽温与最高壁温的平均偏差。结果表明,不同负荷下,高温受热面壁温智能调节系统均可根据受热面实时壁温分布,自动调整各燃尽风的开度和摆角,使受热面沿炉宽方向壁温分布趋于平均。不同负荷下,高温受热面壁温智能调节系统均可显著降低壁温偏差,屏过出口壁温偏差由50℃降至20~30℃,高过出口壁温偏差由20℃降至12℃。投用高温受热面壁温智能调节系统可显著降低因负荷变化而增大的壁温偏差。高温受热面壁温智能调节系统可在调平壁温的同时调平氧量。

关键词：对冲燃烧壁温偏差燃尽风燃煤锅炉高温过热器

基于强度和经济性相统一的锅炉承压管选材方法研究

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锅炉技术 2024年第3期55卷 49-53页

作者：郭祥华潘绍成尹朝强陈震宇盛佳眉罗伶俐东方电气集团东方锅炉股份有限公司清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川成都611731

针对锅炉设计中承压管的经济合理选材问题,从强度计算的角度出发,分析了不同材料管子壁厚、质量与许用应力的关系,结合各原材料的单位价格,给出了以许用应力、原材料单价为函数的承压管选材经济性评价模型,并用评价模型对20G、SA-106C、... 详细信息

针对锅炉设计中承压管的经济合理选材问题,从强度计算的角度出发,分析了不同材料管子壁厚、质量与许用应力的关系,结合各原材料的单位价格,给出了以许用应力、原材料单价为函数的承压管选材经济性评价模型,并用评价模型对20G、SA-106C、15Ni1MnMoNbCu3种材料做了验证对比分析,结果显示:当设计温度大于220℃时,管道、集箱优先选用15Ni1MnMoNbCu,受热面小管优先选用SA-210C,即选择使用温度上限相近、许用应力高的材料。评价模型为承压管经济选材提供了新的方法,可进一步降低原材料的成本,提高产品的竞争力。

关键词：承压管强度经济性评价模型

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高浓度煤粉预燃式强稳燃低氮燃烧器配风组织优化研究

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洁净煤技术 2024年

作者：张瀚霖周旭张锋谭厚章郑海国刘一林山虎王学斌西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室山东舜业压力容器有限公司

煤粉预燃低氮燃烧技术可兼顾稳定燃烧与NOx排放控制，在燃煤锅炉灵活性调峰稳燃领域的应用潜力巨大。依托5 MW燃烧试验平台，研究了团队所开发的一种带小型预燃室的高浓度煤粉预燃低氮燃烧器运行性能。通过CFD数值模拟，系统研究了一次... 详细信息

煤粉预燃低氮燃烧技术可兼顾稳定燃烧与NOx排放控制，在燃煤锅炉灵活性调峰稳燃领域的应用潜力巨大。依托5 MW燃烧试验平台，研究了团队所开发的一种带小型预燃室的高浓度煤粉预燃低氮燃烧器运行性能。通过CFD数值模拟，系统研究了一次风率、内外二次风配风与分离式燃尽风（SOFA）对燃烧器燃烧性能及污染物排放特性的影响。结合5 MW燃烧试验平台测试结果对燃烧模型进行验证验证，试验实际温度与数值计算结果的最大偏差为44 ℃，误差范围±3.3%，证明了所选燃烧模型的准确性。研究结果表明：一次风率是影响预燃室环形回流区的关键因素，过低或过高的一次风速会分别对稳燃能力与降氮能力产生影响，在约8.8%的一次风率条件下能够保证有充足的回流量，有利于煤粉着火和排放控制；升高内二次风率能卷吸更多炉膛内高温烟气，有利于煤粉燃尽，但炉膛内部高温氧化性气氛区域增加，会导致污染物排放有所升高，约为43.5%的内二次风率能兼顾稳燃与降氮效果；采取适当比率的SOFA替代外二次风，能使得燃烧区域的含氮化合物更易被还原，从而降低排放，在23% SOFA风率下出现明显的低氮效果，NOx排放为72 mg/m3(6% O2)，与0%SOFA风率相比减排约67%。

关键词：预燃低氮燃烧燃烧器配风优化数值模拟 NO 排放

不带外置床的700 MW超超临界循环流化床锅炉失电后水冷壁安全计算分析

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发电技术 2024年第2期45卷 240-249页

作者：邓启刚吕卓石友鲁佳易周旭王奥宇杨冬清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川省成都市611731 东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川省自贡市643001 动力工程多相流国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

通过对某660 MW电厂失电事故过程中烟气温度、蒸汽温度及工质流量的变化规律进行分析,得到了炉膛密相区、过渡区及稀相区热负荷随时间的变化规律。在此基础上,以某700MW超超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉为对象,... 详细信息

通过对某660 MW电厂失电事故过程中烟气温度、蒸汽温度及工质流量的变化规律进行分析,得到了炉膛密相区、过渡区及稀相区热负荷随时间的变化规律。在此基础上,以某700MW超超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉为对象,建立了失电事故发生后水冷壁内的流动传热计算模型,开发了以Fortran语言为基础的水冷壁内瞬态特性计算程序。分别对密相区、过渡区及稀相区进行分析,通过计算得到了失电后的水冷壁壁温及出口工质温度等热力参数的变化规律。计算结果表明:失电后水冷壁密相区出口的最高壁温为558.6℃,稀相区出口的最高壁温为579.6℃,不需要配备紧急补水泵来保证失电后水冷壁的安全。研究结果可为电厂处理超超临界CFB锅炉失电事故提供指导。

关键词：超超临界循环流化床(CFB)锅炉失电热负荷水冷壁

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高浓度煤粉预燃式强稳燃低氮燃烧器配风组织优化

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洁净煤技术 2024年第9期30卷 43-51页

作者：周旭张瀚霖张锋谭厚章郑海国刘一林山虎王学斌西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川成都611731 山东舜业压力容器有限公司山东济南250300

煤粉预燃低氮燃烧技术可兼顾稳定燃烧与NO_(x)排放控制,在燃煤锅炉灵活性调峰稳燃领域的应用潜力巨大。依托5 MW燃烧试验平台,研究一种带小型预燃室的高浓度煤粉预燃低氮燃烧器运行性能。通过CFD数值模拟,系统研究了一次风率、内外二次... 详细信息

煤粉预燃低氮燃烧技术可兼顾稳定燃烧与NO_(x)排放控制,在燃煤锅炉灵活性调峰稳燃领域的应用潜力巨大。依托5 MW燃烧试验平台,研究一种带小型预燃室的高浓度煤粉预燃低氮燃烧器运行性能。通过CFD数值模拟,系统研究了一次风率、内外二次风配风与分离式燃尽风(SOFA)对燃烧器燃烧性能及污染物排放特性的影响。结合5 MW燃烧试验平台测试结果对燃烧模型进行验证验证,试验实际温度与数值计算结果的最大偏差为44℃,误差范围±3.3%,证明所选燃烧模型的准确性。研究结果表明:一次风率是影响预燃室环形回流区的关键因素,过低或过高的一次风速会分别对稳燃能力与降氮能力产生影响,在约8.8%的一次风率条件下能够保证有充足的回流量,有利于煤粉着火和排放控制;升高内二次风率能卷吸更多炉膛内高温烟气,有利于煤粉燃尽,但炉膛内部高温氧化性气氛区域增加,会导致污染物排放有所升高,约为43.5%的内二次风率能兼顾稳燃与降氮效果;采取适当比率的SOFA替代外二次风,能使得燃烧区域的含氮化合物更易被还原,从而降低排放,在23%SOFA风率下出现明显的低氮效果,NO_(x)排放为72 mg/m^(3)(6%O_(2)),与0%SOFA风率相比减排约67%。

关键词：预燃低氮燃烧燃烧器配风优化数值模拟 NO_(x)排放

基于煤粉预气化强稳燃的快速调峰燃烧器5 MW中试研究

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洁净煤技术 2024年第9期30卷 60-67页

作者：张瀚霖周旭舒逸翔郑海国林山虎李杰刘舒畅闫伟杰谭厚章王学斌西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川成都611731 南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

煤粉预气化强稳燃技术能够兼顾稳定燃烧与NO_(x)排放控制。基于此,开发了服务于电站锅炉灵活调峰的快速调峰燃烧器,并依托5 MW燃烧试验平台进行热态中试试验,对比不同负荷下的运行性能,研究燃烧器的极限稳燃负荷与快速变负荷能力。结果... 详细信息

煤粉预气化强稳燃技术能够兼顾稳定燃烧与NO_(x)排放控制。基于此,开发了服务于电站锅炉灵活调峰的快速调峰燃烧器,并依托5 MW燃烧试验平台进行热态中试试验,对比不同负荷下的运行性能,研究燃烧器的极限稳燃负荷与快速变负荷能力。结果表明:煤粉进入燃烧器所带有的小型预气化室后发生气化反应,转化为高温燃气和炽热碳粒所组成的预热燃料。在低负荷下,预热燃料进入炉膛后将迅速燃烧,形成根部高温区,保证炉膛稳燃。随着负荷升高,预气化室内气化反应更加充分,配合回流烟气形成良好还原性气氛,实现有效降氮。在无辅助手段条件下,满负荷工况NO_(x)排放为159 mg/m^(3)(6%O_(2)),飞灰含碳率为3.4%,折算燃烧效率99.71%。在9%超低负荷下,快速调峰燃烧器仍能维持炉膛稳定燃烧,在1 h以上长时间连续运行过程中,出口氧量保持稳定。在15%~100%负荷分别用时8和9 min完成快速降负荷与升负荷过程,降、升负荷速率分别可达10.63%/min与9.44%/min。变负荷过程中炉内燃烧保持稳定,且温度分布对负荷变化的响应速度较快,验证了该燃烧器在快速调峰过程中的出色性能。

关键词：预气化强稳燃快速调峰燃烧器中试试验 NO_(x)排放

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煤粉掺氢燃烧技术试验研究

工业安全与环保 2024年

作者：杨澜王勇汪鑫杨章宁陈钧韦耿范卫东上海交通大学机械与动力工程学院清洁燃烧与烟气净化四川省重点试验室东方电气集团东方锅炉股份有限公司

为研究煤粉掺氢燃烧技术作为减少煤燃烧碳排放的路径选项，关注其燃烧及NO排放特性，以及空气分级燃烧模式对NO排放的控制效果，在1台可实现煤粉自持燃烧的50 kW下行燃烧试验炉上进行煤粉掺氢燃烧试验，选用神府烟煤作为试验煤种，分别... 详细信息

为研究煤粉掺氢燃烧技术作为减少煤燃烧碳排放的路径选项，关注其燃烧及NO排放特性，以及空气分级燃烧模式对NO排放的控制效果，在1台可实现煤粉自持燃烧的50 kW下行燃烧试验炉上进行煤粉掺氢燃烧试验，选用神府烟煤作为试验煤种，分别在不同掺氢比例和空气分级程度下，探究了NO生成量、主燃烧区温度变化以及燃烧沿程排放产物的情况。结果表明，掺氢在降碳的同时，并不会引起NO排放增加，当掺氢比例为50%时，NO的排放质量浓度下降达到27.55%。在高燃尽风率下此效果更为显著，燃煤掺氢在燃尽风率从39%提高至50%后，NO排放的降幅高达30%。煤粉掺氢燃烧技术在减少煤燃烧碳排放方面具有潜在的应用前景，可为燃煤电厂CO2减排提供了一种可行的技术路径选项。

关键词：煤氢掺烧掺氢比例燃尽风率 NO排放