收藏本站
《重庆大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低热值煤层气与煤矸石CFB混烧特性数值模拟与试验研究

王炯  
【摘要】:我国每年排放约占当年煤炭产量的百分之十以上的煤矸石,目前已累计堆积达数十亿吨。煤矸石长期堆存,污染大气、地面水源或下渗损害地下水质,占用大量土地。中国煤层气可采资源量约10万亿立方米,累计探明煤层气地质储量1023亿立方米,可采储量约470亿立方米,目前我国每年由煤炭生产而释放大量煤层气,其中被利用的仅占很少部分。对煤矸石与煤层气进行高效混烧能源化利用,可以节约资源,减少温室气体排放。 采用流化床技术利用低、劣质燃料是国内外研究的热点。目前国内外对不同相态的燃料在循环流化床中的混烧还很少进行系统研究,因此在深入研究煤矸石热解与燃烧特性的基础之上,进行煤层气与煤矸石CFB内多相流动与混烧特性的数值模拟与试验研究,弄清不同相态的燃料在CFB内的流动、传热及燃烧特性,可以为研究和开发煤层气与煤矸石CFB混烧技术奠定坚实的理论基础。 论文使用热分析天平,在不同气氛下进行煤矸石的热解与燃烧特性实验,获得了煤矸石的着火点、活化能等特性参数。首次建立了适应低热值煤层气高效燃烧的燃烧器物理模型与数学模型,通过数值模拟,优化了燃烧器结构,并通过实验验证了数值模拟的结果。以现有的45t CFB锅炉为基础,首次建立不同相态燃料在CFB锅炉内混烧的物理模型与数学模型,对煤层气与煤矸石CFB混烧进行数值模拟,深入分析了混烧的流场、温度场以及CO2及CH4的浓度变化,获得了高效燃烧的最佳工况。在数值模拟的基础上,首次对某煤矿45t CFB锅炉进行了煤层气混烧的改造,对锅炉进行了冷态试验、热态试验,测试了不同混烧比时的炉膛沿高度方向的温度变化,以及炉膛出口处CH_4的浓度,并测试了锅炉热效率。研究结果为开发煤层气与煤矸石CFB混烧技术奠定了坚实的理论基础。 煤矸石的热解与燃烧动力学特性研究表明:煤矸石中挥发分含量越高,越容易发生热解;热解终温增加,煤矸石的热解失重率增大;样品粒径越大,热解特征温度越高,热解失重率降低;升温速率增加, DTG峰值增大,失重率降低;煤矸石高灰分的特点导致了其燃尽性能很差,不易燃尽;煤矸石综合燃烧性与挥发分含量关系密切,挥发分越高,综合燃烧性能越好。 低甲烷浓度煤层气燃烧器数值模拟研究表明:部分预混式燃烧器燃烧效率最高,扩散式燃烧器燃烧效率最低,完全预混式燃烧器介于两者之间。部分预混式燃烧器射流刚性最好,燃烧温度相对较高。总体来看,部分预混式燃烧器配渐扩口,且扩散角为6.88°时能获得相对高的燃烧效率。 低浓度煤层气燃烧器冷态与热态试验表明:完全预混式燃烧器燃气侧流动阻力最大,扩散式燃烧器最小。完全预混式燃烧器,部分预混式燃烧器,扩散式燃烧器在不同热负荷下均能稳定燃烧,不回火、不脱火,具有较宽的负荷调节能力。部分预混式燃烧器燃烧时火焰刚性好,燃烧温度最高,高温段距离长,火焰宽度最小,火焰扩散角最小。扩散式燃烧器火焰长度最长,火焰宽度最大,火焰扩散角最大。完全预混式燃烧器的火焰长度最短。 低浓度煤层气燃烧器冷态与热态试验表明:扩散式燃烧器压力损失最小,完全预混式燃烧器压力损失最大。部分预混式燃烧器火焰温度最高,火焰刚性好,完全预混式燃烧器的火焰长度最短扩散式燃烧器火焰最长,宽度最大。通过实验结果与模拟结果的比对,可看出两者结果吻合较好,部分预混式燃烧器综合性能最优。 低热值煤层气与煤矸石CFB混合燃烧数值模拟研究表明:混烧比为10:0时,炉膛内速度整体分布比较均匀,随着煤层气混烧比例的增加,流场偏斜加剧,煤矸石与煤层气混烧比达到6:4时,偏斜程度最大。当燃料全部为煤矸石时,燃烧器内温度分布比较均匀。喷入煤层气,导致燃烧器内流场发生偏斜,从而造成局部高温。随混烧比的增加,在距布风板高度5 m左右出现CH_4的浓度峰值,随炉膛高度的增大,CH4浓度明显下降。综合模拟结果,混烧比不宜大于8:2,一、二次风比益选用6:4。 煤层气与煤矸石循环流化床混烧试验研究表明:布风板阻力随一次风量增大而增大,布风板阻力特性曲线基本上近似为一条二次曲线。随着流化风量的增加,曲线有明显的压力变化拐点,该拐点对应的风量为即临界流化风量。由热态试验数据可知,密相区温度较高,稀相区温度较低,稀相区温度变化较小,温度较为均匀,这有利于在密相区未燃尽的颗粒在稀相区继续燃烧。随着煤层气混烧比的增加,锅炉的效率增加,从混烧比为10:0时的82.6%增长到混烧比为8:2时的84.1%。 本文通过对煤层气及煤矸石在CFB内混烧特性的深入研究,为进一步研究、开发相关技术打下了坚实的基础,在资源综合利用与环境保护方面有着十分广阔的工程应用前景。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK16

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 侯世锋;旁通式循环流化床脱硫塔两相流动及烟气脱硫特性的数值模拟[D];重庆大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘柏谦,徐有宁;煤矸石在流化床燃烧器中着火特性的试验研究[J];东北电力学院学报;1996年01期
2 罗哲,王家兴;高速气体燃烧器的研制[J];导弹与航天运载技术;2000年03期
3 岑可法,杨家林,黄国权,池涌,蒋旭光,倪明江,严建华,骆仲泱;洗煤泥煤矸石流化床混烧技术工业应用研究[J];动力工程;1999年01期
4 任建兴,章德龙,周伟国,李世魏,王鼎,张兴良;低热值高炉煤气在发电设备中的应用[J];上海电力学院学报;2001年02期
5 张晓杰,聂其红,孙少增,朱群益,秦裕琨,李振中,张经武;混煤着火过程试验研究[J];电站系统工程;1999年06期
6 杨轶,陈刚;煤粉和高炉煤气混烧锅炉燃烧问题的分析及改造[J];电站系统工程;2003年02期
7 楼波;石建伟;;流化床锅炉掺混煤矸石燃烧中的问题分析[J];电站系统工程;2009年05期
8 侯栋岐,冯金梅,陈春元,闻培音;混煤煤粉着火和燃尽特性的试验研究[J];电站系统工程;1995年02期
9 李宝玉,刘子龙;阳泉矿区煤层气的特点与利用[J];矿业安全与环保;2003年01期
10 普勇,张健,周力行;旋流燃烧室内湍流燃烧的PDA实验研究[J];工程热物理学报;2002年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 牛奔;煤矸石热解和燃烧动力学特性及与煤层气循环流化床混烧试验研究[D];重庆大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;注射拉伸吹塑模拟及相关技术的研究方法[J];工程塑料应用;2003年12期
2 赖仕全;岳莉;徐君;赵雪飞;赵振宁;高丽娟;;煤矸石填充改性聚酰亚胺复合材料的研究[J];工程塑料应用;2009年02期
3 张红飞;大型燃煤锅炉热偏差的试验与数值研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2004年01期
4 何鹏;;掺烧煤泥在300MW循环流化床锅炉中的应用[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年01期
5 袁银梅;李朝祥;;带钢热镀锌数值模拟[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年04期
6 张成梁;杜永吉;李美生;吕皎;袁良红;;自燃煤矸石山热能资源及利用[J];安徽农业科学;2008年06期
7 缪应菊;李志;杜琨;连明磊;;改性煤矸石在废水处理中的应用现状[J];安徽农业科学;2012年02期
8 钟仙芳;刘春波;陈永宽;王亚明;缪明明;刘志华;;烟叶的燃烧特性研究[J];安徽农业科学;2012年18期
9 谷立轩;夏举佩;张召述;;影响酸法提取煤矸石中氧化铝主要因素的试验研究[J];安全与环境学报;2012年02期
10 赵炜航;李丽丽;杨金鼎;金利伟;王德俊;金志昂;党伟龙;张星;郑文;;混烧锅炉富氧燃烧的数值模拟[J];辽宁科技大学学报;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 厉建祥;张卫华;陶彬;;大型原油储罐全表面火灾动力学模拟研究[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 任晓平;石久胜;唐欣彤;刘建红;刘哲;;生物质与煤复合燃烧技术及其理论研究[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会暨第八届理事会第一次全会论文集[C];2011年
3 李文涛;刘建禹;李文哲;;小型户用沼气锅炉的设计计算[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 张宏宇;葛巍巍;唐朝纲;李世友;;昆明地区16种阔叶树种叶的热重分析[A];2010中国消防协会科学技术年会论文集[C];2010年
5 李家春;;中国力学学会50年[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
6 张红飞;;大型燃煤锅炉热偏差的试验与数值研究[A];第三届安徽自然科学学术年会安徽省电机工程学会2005年学术年会论文集[C];2005年
7 郝成君;翟子陆;王岩;;煤矸石有效成份的化学提取[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
8 罗绍凯;;分析力学学科发展的潜科学分析[A];科学殿堂的力学之光——第五届全国力学史与方法论学术研讨会文集[C];2011年
9 吴建锋;梁凤;徐晓虹;刘孟;张锋意;方斌正;程崇领;;镁渣多孔陶瓷滤球气孔率的调控[A];中国硅酸盐学会环保学术年会论文集[C];2009年
10 赵德玉;;火力发电机组运行绩效系统研发与应用[A];高效 清洁 安全 电力发展与和谐社会建设——吉林省电机工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 徐远纲;大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
3 石金明;典型煤种热解气化特性研究[D];华中科技大学;2010年
4 鞠付栋;煤的气化反应行为及气化为基础的先进能源动力系统研究[D];华中科技大学;2010年
5 杨建国;电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究[D];浙江大学;2010年
6 李社锋;低挥发份劣质燃料循环流化床燃烧特性研究[D];浙江大学;2010年
7 赵卫东;低阶煤水热改性制浆的微观机理及燃烧特性研究[D];浙江大学;2009年
8 李国能;燃烧诱发热声不稳定特性及控制研究[D];浙江大学;2009年
9 张彦军;600MW超临界循环流化床锅炉设计关键技术研究[D];浙江大学;2009年
10 刘茂省;煤粉空气分级和再燃技术机理、应用和模型研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐敏;高碳煤矸石与采残煤矿井下生物转化可燃气研究[D];河南理工大学;2010年
2 吕国庆;前混合水射流喷丸强化数值模拟与试验研究[D];河南理工大学;2010年
3 朱孔远;生物质与煤共热解实验研究[D];河南理工大学;2010年
4 谷小虎;义马煤气化反应性研究[D];河南理工大学;2010年
5 马爱玲;生物质与煤混合燃烧特性的研究[D];河南理工大学;2010年
6 杨洪磊;双燃料喷嘴设计与燃烧流场数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 姜建勋;金属化合物催化煤燃烧规律的实验研究[D];长沙理工大学;2010年
8 毕武林;煤粉火焰稳定性与熄火综合评判模型的研究[D];长沙理工大学;2010年
9 袁军;煤基混合燃料的燃烧特性及优化配比研究[D];长沙理工大学;2010年
10 王艳;城市污泥及其与煤混烧的燃烧特性研究[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 崔亚兵,陈晓平;燃煤电厂烟气脱硫技术的模糊综合评价[J];动力工程;2005年01期
2 何大阔,王福利,李振中;循环流化床烟气脱硫效率的研究[J];动力工程;2005年04期
3 王爱军,祁海鹰,由长福,吕屏,徐旭常;蒸汽活化提高脱硫剂钙利用率的实验研究[J];工程热物理学报;2000年06期
4 柳目;脱硫剂对循环流化床锅炉效率的影响[J];锅炉制造;2004年01期
5 朱法华;火电建设面临的环保形势与任务分析[J];环境科学研究;2005年04期
6 王志轩,潘荔;我国火电厂烟气脱硫产业化发展建议[J];环境科学研究;2005年04期
7 谭忠超,项光明,陈昌和,徐旭常;循环流化床排烟脱硫模型[J];环境科学;1999年03期
8 胡金榜,李艳平,陈安新,李进龙;循环流化床脱硫反应器入口结构对气体流动影响数值模拟[J];化学工程;2005年01期
9 姜自荣,马双忱,赵怀瑾;烟气循环流化床脱硫技术的应用[J];吉林电力;2005年03期
10 温敬平,张志平,陈金玉,张敏;三相流化床除尘脱硫器性能的数值模拟研究[J];江苏大学学报(自然科学版);2004年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周家平;气氛对煤燃烧和SO_2/NO_x迁移的机理及动力学特性影响的研究[D];重庆大学;2010年
2 马双忱;烟气循环流化床脱硫技术实验研究[D];华北电力大学(河北);2003年
3 李艳平;循环流化床脱硫反应器流动特性的实验研究与数值模拟[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 黄建军;烟气循环流化床脱硫脱氮技术实验研究[D];华北电力大学(河北);2003年
2 李进龙;循环流化床脱硫器进气装置对速度场影响实验与数值分析[D];天津大学;2004年
3 赵凯;循环流化床脱硫器气固流动特性实验研究与模拟计算[D];天津大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘玲;循环流化床烟气脱硫系统气固流动特性数值模拟研究[D];南京师范大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜铭华,俞珠峰;发展洁净煤技术 缓减石油供需矛盾[J];节能与环保;2001年01期
2 刘柏谦,徐有宁;煤矸石在流化床燃烧器中着火特性的试验研究[J];东北电力学院学报;1996年01期
3 刘汝海,王起超,刘景双;东北地区煤矸石环境危害及对策[J];地理科学;2002年01期
4 邱宽嵘;金保升;蓝计香;章名耀;;飞灰循环流化床脱硫试验及模型[J];东南大学学报;1990年02期
5 顾炳伟;王培铭;熊少波;;机械粉磨对煤矸石-水泥体系颗粒群特征及力学性能的影响[J];东南大学学报(自然科学版);2005年S1期
6 张永照,李荫堂,张西民,金定安,段建中,鲍栋文,王光化;冲击式槽形管惯性分离器的试验研究[J];动力工程;1989年06期
7 朱建宁,周玉铭,张晓鹏;煤燃烧动态特性热分析法[J];动力工程;1991年03期
8 刘伟军,孙庆滨,张维洁,胡仁德;生物质型煤固硫规律的研究[J];动力工程;1999年05期
9 钱力庚,樊建人,孙平,岑可法;600MW锅炉炉内流动与燃烧过程的数值模拟[J];动力工程;2001年01期
10 徐华东,罗永浩,王恩禄,陆方;再燃烧技术及其在我国的应用前景[J];动力工程;2001年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘美蓉;煤气化过程中形成NO_x的前驱体研究[D];太原理工大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘效军,孟广波,王树群,王钢,常玉宏,闫朝霞;NG-75/5.29-M2型CFB锅炉运行中的问题分析及改进措施[J];沈阳电力高等专科学校学报;2001年03期
2 任中;采用CFB技术改造小型燃煤锅炉[J];锅炉技术;2004年03期
3 杨勇,王鹏利,张敏,王智微;循环流化床锅炉燃烧优化调整[J];热力发电;2003年09期
4 别如山,李炳熙,陆惠林,鲍亦令,张子栋,赵明泉,杨励丹,傅家骝;燃无烟煤低倍率循环流化床锅炉[J];工业锅炉;2000年04期
5 党黎军;循环流化床锅炉打炮事故及其预防措施[J];电站系统工程;1998年05期
6 孙献斌,王智微,徐正泉,肖平,高洪培,张敏,蒋敏华;国产300MW循环流化床锅炉的设计研究[J];热力发电;2001年06期
7 瞿滨;炼油企业延迟焦化装置的节能技术改造[J];能源工程;2003年03期
8 姜宇,孙继德;越南高岸电厂循环流化床锅炉的设计特点[J];电站系统工程;2005年05期
9 伍圣才;;冷渣机制作[J];节能技术;2006年03期
10 周毅;;75t/h循环流化床锅炉的运行和控制[J];科技创新导报;2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 卓敏鹏;;筹建CFB锅炉需注意的技术问题[A];2006年晋冀鲁豫鄂蒙川云贵甘沪湘十二省区市机械工程学会学术年会论文集(河南分册)[C];2006年
2 韩述芫;周代军;;略谈循环流化床锅炉(CFB)的点火问题[A];河南省土木建筑学会2010年学术研讨会论文集[C];2010年
3 刘斌;;浅谈310T/h CFB锅炉结构特点及质量控制[A];中国机械工程学会压力容器制造委员会2011年年会暨技术交流会论文集[C];2011年
4 雷宏彬;;浅析300 MW CFB机组控制系统主辅一体化[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
5 孟庆金;权悦;景绍洪;;热电厂CFB锅炉燃烧智能控制策略研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 杨海瑞;赵勇;王进伟;赵新木;肖显斌;侯祥松;;沥青岩燃料在CFB锅炉中成灰及输送特性研究[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年
7 杨成达;;循环流化床锅炉燃用超低挥发份无烟煤启动点火设计技术[A];节能减排论坛——福建省科协第八届学术年会卫星会议论文专刊[C];2008年
8 刘军;;CFB锅炉与尾部脱硫塔组合的深度脱硫与超低排放[A];节能降耗减排——第四届广东油气发展论坛论文集[C];2008年
9 刘小琦;杨正林;;中国大陆汉族人群老年黄斑变性与CFH、CFB、C2和C3基因的相关性研究[A];中华医学会第九次全国检验医学学术会议暨中国医院协会临床检验管理专业委员会第六届全国临床检验实验室管理学术会议论文汇编[C];2011年
10 刘友宽;;循环流化床(CFB)锅炉控制技术探讨[A];2008年云南电力技术论坛论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 黄敏清 通讯员 罗瑛 许春德;广州石化CFB锅炉创长周期运行纪录[N];中国石化报;2011年
2 记者 王晓源 通讯员 徐国旗;洛阳石化CFB锅炉试烧弹丸焦增效显著[N];中国石化报;2010年
3 本报记者 李宝国;CFB第二届深圳金融风云榜亮点纷呈[N];深圳特区报;2009年
4 郑华;浅析CFB锅炉用耐磨、耐火材料[N];中国建材报;2009年
5 廖曼 沈永明 记者 许静 代晓明;世界首台60万千瓦CFB设备采购合同签署[N];四川日报;2009年
6 刘旋;秦热发电CFB走出“季度炉”怪圈[N];中国电力报;2010年
7 ;这里是我成长的沃土[N];中国石化报;2009年
8 梅辽颖;植根沃土方成才[N];中国石化报;2010年
9 曹毅环 汪丽;长岭炼化抓好高温用能优化管理[N];中国石化报;2010年
10 一凡;一路败退的合资企业[N];中国经营报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 季炫宇;新型CFB工业锅炉气固流动与热平衡、物料平衡特性研究[D];重庆大学;2013年
2 王炯;低热值煤层气与煤矸石CFB混烧特性数值模拟与试验研究[D];重庆大学;2010年
3 韩颖慧;基于多元复合活性吸收剂的烟气CFB同时脱硫脱硝研究[D];华北电力大学;2012年
4 陆伟群;工业CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料的研究[D];华东理工大学;2012年
5 鲁佳易;大型循环流化床锅炉物料平衡与热平衡研究[D];重庆大学;2012年
6 孙剑;大型循环流化床锅炉燃烧系统特性与建模研究[D];华北电力大学(北京);2010年
7 曾兵;循环流化床锅炉选择性排渣冷却系统研究[D];重庆大学;2012年
8 陈艳容;煤矸石和煤层气循环流化床混烧关键影响因素研究[D];重庆大学;2011年
9 吴海波;大型循环流化床锅炉扩展受热面关键技术研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2013年
10 张彦军;600MW超临界循环流化床锅炉设计关键技术研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐继松;基于CFB热电联产系统的自动控制研究[D];沈阳建筑大学;2013年
2 尹导;HG 440t/h大型褐煤CFB锅炉运行诊断及调整试验研究[D];东北大学;2008年
3 贾庆岩;基于自组织模糊神经网络的CFB锅炉燃烧系统建模[D];华北电力大学(河北);2010年
4 张强;大型CFB锅炉热力计算技术与移动床式冷渣器研究[D];上海发电设备成套设计研究院;2011年
5 霍志红;增压富氧燃烧CFB传热特性研究[D];华北电力大学;2011年
6 文鸣明;大型CFB锅炉在劣质无烟煤中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
7 薛晓垒;返料换热型CFB燃煤工业锅炉的研制开发[D];重庆大学;2010年
8 唐君华;240t/h燃用劣质无烟煤CFB锅炉设计及调试运行研究[D];中南大学;2011年
9 时洪宇;600MW超临界CFB锅炉含灰气体流动力学模拟[D];重庆大学;2010年
10 夹良军;300MW CFB锅炉炉膛密相区流化均匀性及磨损研究[D];上海交通大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026