摘要：甲醇是重要的基础化工原料之一,为了实现合成气制甲醇的高效利用,采用流程模拟软件Aspen Plus建立年产100万t甲醇模型。首先,在一定假设条件下,采用Aspen Plus建立基于平衡反应器的甲醇合成反应器模型,合成气采用粉煤加压气流床气化炉产生的煤气,对国内某年产100万t甲醇厂进行模拟,结果显示模拟结果与实际运行数据基本吻合,原料气与驰放气组成的设计值与实际模拟值组分绝对偏差在±2%以内,达到工业化模拟精度要求。在此模型基础上,探究了BGL气化炉所产生的合成气、固态排渣碎煤加压气化炉所产生的合成气在甲醇合成过程中循环比对甲醇产率的影响。结果表明,原料气H/C比均为2.05,BGL气化、固态排渣碎煤加压气化所产生的甲醇合成原料气吨甲醇有效气(CO+H_(2))消耗分别为2247 Nm^(3)和2461 Nm^(3)。2种原料气随着甲烷含量升高,原料气中的H_(2)、CO、CO_(2)的转化率降低,甲醇产率降低。在操作条件不变的情况下,随着循环比从1.5上升至5.0,甲醇产量呈现抛物线上升趋势,BGL气化原料气、固态排渣碎煤加压原料气在甲醇合成中只有循环比分别不低于2.00和4.93时,甲醇年产量才能达到100万t,压缩机功耗随着循环比提高而呈现线性上升的趋势。

摘要：逆向射流是火焰稳定的重要技术手段,为探究环形逆向射流结构对煤粉逆喷式旋流燃烧器稳燃特性的影响,构建了不同尺寸圆形与环形射流管的逆向射流模型,以Fluent软件为计算平台,采用“可实现”的k-ε模型对流场结构进行模拟研究。通过计算不同流速比下各射流管的无量纲贯入深度变化,发现环形射流的贯入深度大于圆形射流,且随内径的增大而增大,其射流在环境流中的渗透能力增强,这有利于增加煤粉的逆向传播距离,增加停留时间,提高燃烧稳定性。与圆形射流不同,环形射流的贯入深度与流速比并不是单调的线性关系,在流速比7.5~12.5存在一个平缓的过渡段,表明在一定区间内,流速比的减少不会引起贯入深度的明显减小,对现有燃烧器的设计具有指导意义。通过计算不同流速比下各射流管的最大零流速半宽,发现环形射流在逆流中的最大零流速半宽大于圆形射流,并随射流管内径增大而增大,表明环形逆向射流在径向的扩展宽度更大,卷吸能力更强。环形逆向射流的最大零流速半宽随流速比呈线性增大,斜率随内径增大而增加,高流速比的环形逆向射流径向扩展能力强于低流速比的环形逆向射流。根据计算结果绘制分界流线,发现在较低速度比时,射流的分界流线与圆形射流相似;在较高速度比时,虽然射流的轴线速度在滞点减少为零,但轴线附近的一定区域,流体依然向下游传播渗透,经过一段距离后速度才降至零并转向,分界流线也变得不规则。环境逆流在轴向上对环形射流有一定程度的压缩和阻碍作用,使得射流在径向的扩展宽度增大,增强了射流的卷吸能力,有助于促进燃烧器内煤粉与助燃风的混合。通过研究不同射流管逆向射流轴线上轴向流速的沿程变化,发现环形射流轴线上的流速衰减较圆形射流更为平缓,表明其与环境流的掺混不如圆形射流强烈。随着内径不断减小,环形射流轴向速度峰值增大且位置提前,衰减速度增强,逐渐接近圆形射流中轴线上的衰减情况。

摘要：中国煤粉工业锅炉借鉴油气锅炉和德国煤粉工业锅炉技术理念,经历立项研发、中试验证和工业示范,系统技术逐步成熟,自2010年起,实现规模化工业应用。煤粉工业锅炉系统具有高热效率、低烟气污染物排放等优点,有效带动了燃煤工业锅炉产业发展。笔者论述了煤粉工业锅炉技术与发展,重点介绍了煤粉工业锅炉的关键技术,并对主要技术进行对比,分析了煤粉工业锅炉的工业应用情况,最后提出了煤粉工业锅炉技术发展方向。煤粉工业锅炉系统由燃料煤粉生产、储供、油气点火、燃烧、锅炉本体、烟气净化以及自动化控制等系统构成。锅炉热效率大于91%,烟气污染物达到国家超低排放标准,系统技术符合国家煤炭清洁利用方向。燃料煤粉生产采用一步法工艺,通过强化流动性和安全措施,现可实现最大为1 000 m^3安全存储量。锅炉供粉采用气动活化、无脉动给料及高速引射流浓相输送技术,已实现输送阻力低于20 kPa,粉风固气比大于2.5 kg/m^3,供料精度在±3.0%以内,最大供料量为5 t/h的浓相供料技术与装备,广泛应用于锅炉供料系统。供料量在2.5 t/h,供料精度在±2.0%和±1.0%以内的第三代和第四代供料器也分别开展了工业验证和样机的试制工作,并取得了阶段性的成果。煤粉燃烧器采用逆喷式回流式结构,设计工作依据其结构特征,通过模拟气流扩展角、回流区域范围、回流量、旋流强度以及温度和速度场等研究开展,再经过实际工程应用,进一步验证优化设计参数,最终实现燃烧器的逐级放大。天然气/煤粉双燃料燃烧器具有便捷切换和快速着火功能。风冷燃烧器采用内外双级旋流供风燃烧技术,具有点火迅速、燃烧稳定、燃烧效率高和初始NOx排放低等优点。随着煤粉锅炉系统测控技术向智能化、网络化和集成化方向发展。锅炉烟气脱硫除尘采用NGD高倍率灰钙循环脱硫技术,具有占地小,运行成本低等特点,在低钙硫摩尔比下,系统脱硫和除尘效率分别达到90%和99.95%以上。低温炭基预氧化脱硝耦合NGD协同烟气净化技术具有工艺简单,耗水少,废物资源再利用,无二次污染产生等优点,更加适合于煤粉工业锅炉的烟气净化。煤粉工业锅炉在发展历程中通过关键技术和装备优化升级,在大型化、模块化和系列化方向已取得成效,在节能性、环保性和经济性等方面较常规工业锅炉具有显著优势,技术已达到世界先进水平。未来随着国家能源结构优化,天然气/煤粉锅炉、低氮燃烧、生物质复合半焦粉及协同化烟气净化等技术的开发与成熟,煤粉工业锅炉技术将成为煤炭清洁燃烧利用主要技术之一。

摘要：高速煤粉燃烧器火焰喷射速度高达60~200 m/s,炉膛内火焰较长,对流换热比例提高,使得炉膛内温度分布均匀,没有传统低速煤粉燃烧器火焰短,炉膛内局部过热和结焦等缺点。笔者以14 MW高速煤粉燃烧器为研究对象,采用数值模拟的方法,研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响,针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。对旋流强度研究结果表明,当旋流强度S=2.2、2.8、3.2及3.7时,燃烧器内回流区形状变化不大,从一次风喷口开始到旋流叶片位置结束,回流区环绕一次风管;最大回流量在一次风喷口附近,距离一次风喷口越远,回流量越小;旋流强度对一次风喷口附近最大回流量影响不大,喷口附近最大回流量均在0.45 kg/s左右,当距喷口超过一定距离(L/H<0.35)时,旋流强度对回流量的影响开始变得明显,表现为旋流强度越大,回流区末端回流量越大,回流区末端回流量最大为0.30 kg/s,最小为0.17 kg/s。研究燃烧器喷口处燃烧状态表明,喷口处火焰旋流强度为0.10~0.28,与入口旋流强度正相关,火焰喷射速度150 m/s,为中等旋流强度的高速旋流火焰;喷口中心区可燃性组分富集,缺氧,燃料和氧气分层分布。当旋流强度提高,喷口中心区可燃性组分浓度降低,CO浓度从11%降低到10%,H2浓度从1.65%降低到1.40%,焦炭浓度从0. 14%降低到0. 11%,喷口边缘O2浓度从13%降低到10%。旋流强度S=3.2和S=3.7时可燃组分和氧气浓度分布变化较小,说明旋流强度提高对燃烧的影响减弱。考察0、100和200℃下二次风温度对燃烧的影响,结果表明,当二次风温度提高,煤粉在燃烧器内的反应时间有所降低,从0.15 s降低到0.11 s,但燃烧器内的煤粉碳转化率提高20%,达到65%。对燃烧器结构进行优化,加入中心风,对比中心风直流和旋流与不加中心风3种状态,结果表明,加入旋流中心风和直流中心风后喷口中心区半径r≤75 mm范围内可燃组分浓度降低,采用直流时由于气流刚性较强,喷口中心区氧气浓度升高,采用旋流中心风对中心区氧浓度影响弱,对可燃组分浓度降低效果优于直流中心风。

摘要：为扩大煤粉工业锅炉燃用中等挥发份煤种的适应性,本文利用数值模拟,分析了20t/h单体锅炉燃烧系统中燃烧器与炉膛的温度分布情况,以及炉膛卫燃带对温度的影响。模拟结果表明,对比设计煤种火焰,中等挥发分煤种火焰长度短、厚度薄、最大火焰温度低,火焰低温区域过大是中等挥发分煤燃烧不稳定的主要原因;敷设卫燃带能提升炉膛温度和煤粉燃尽率,最佳卫燃带敷设方案为炉膛顶部前6 m处敷设面积为9%卫燃带。系统改造后,锅炉燃烧稳定,运行效果达到设计要求。

摘要：燃煤锅炉产生的SO2、NOx是大气污染物的重要组成部分,随着环境形势的日益严峻,国家环保政策对电站锅炉和中小型工业锅炉的污染物排放标准提出了更高要求。煤粉工业锅炉烟气净化系统采用手动调节方式控制,系统惯性大,已不能满足最新环保排放标准。针对这些问题,基于可编程控制器(PLC)和以太网通讯架构,结合神东矿区某煤粉锅炉站限值排放改造工程,设计了集成化的污染物排放控制系统。在分析各系统工艺流程的基础上,分别提出了脱硫、脱硝系统的优化控制策略。脱硫系统基于站内原有NGD系统进行改造,增加了脱硫剂储运设备,在灰钙循环和增湿活化控制的基础上设计了自动脱硫剂补充和调节逻辑。脱硝系统增设了臭氧制备和输送装置,采用SNCR-臭氧协同方式,并设计了串级启动和自动投送控制逻辑。控制系统采取分布式硬件架构部署,采用西门子SIMATIC系列PLC作为主控制器,基于优化的控制逻辑,分别组态脱硫子系统、SNCR子系统及臭氧子系统。通过以太网络构建通讯子网,共享各子系统内部数据,以保证设备之间的安全联锁,以及脱硫、脱硝系统对锅炉负荷情况的跟踪响应,试验结果表明,控制系统能够在起炉后10 min内将SO2浓度控制在100 mg/m^3以内,在锅炉变负荷工况条件下可维持SO2浓度低于设定限值。多台锅炉连续运行时,各炉脱硫剂缓冲仓平均用料周期约为80 min,平均补充周期约为4.5 min,平均等待时间约为7 min,控制逻辑能够保证脱硫剂连续不间断供给。起炉后控制系统依次投入SNCR及臭氧系统,自动调节尿素溶液和臭氧的投加量,能够在20 min内将NOx浓度控制在100 mg/m^3以内。与改造前相比,锅炉站长周期运行时SO2、NOx排放浓度均显著下降,由100~200 mg/m^3降低至50~100 mg/m^3;根据运行期间80 h数据,SO2排放浓度平均值由163.55 mg/m^3降低至72.54 mg/m^3,NOx排放浓度平均值由160.85 mg/m^3降至71.06 mg/m^3,均满足国家与地方的环保排放标准。污染物排放波动性较改造前亦有所降低,SO2浓度标准差由21.04降至18.14,NOx浓度标准差由25.09降至15.84。

摘要：煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备,研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域,在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响,但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律,笔者针对一款20 t/h逆喷旋流燃烧器,基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型,利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析,结果表明:预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状,但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D2.3区域内,预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱,可忽略不计。在预燃室的作用下,回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D,最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处,相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下,在X/D1.6区域内峰值消失,内外二次风完全混合;有预燃室工况下,在X/D1.6区域,速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧,工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大,刚性强,避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生,延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。

摘要：为明确煤粉工业锅炉用煤的爆炸特性,给煤粉仓安全防爆设计提供依据,在20 L球型爆炸测试装置上研究了3种煤粉(褐煤、烟煤)工业锅炉典型用煤的爆炸特性,得到了3种煤粉的爆炸特性参数最大爆炸压力P_(max)、最大爆炸压力上升速率γ_(max)和最大爆炸指数K_(max),同时对煤粉粉尘爆炸的压力随挥发分的变化规律、煤粉爆炸猛烈程度及其影响因素进行了分析;最后对影响煤粉仓安全的防爆因素与处理措施进行了研究。结果表明:3种煤粉的P_(max)依次为0.764 3、0.756 9、0.752 8 MPa,挥发分对煤粉的爆炸特性有较大的影响,挥发分高的煤粉,其P_(max)相应较大;3种煤粉的K_(max)依次为19.584 5、19.539 1、19.221 0 MPa·m/s,挥发分越高,最大爆炸指数越大,煤粉爆炸猛烈程度越大;K_(max)对应的煤粉浓度与煤中可燃基含量有关,可燃基越高,K_(max)对应的煤粉浓度越低。煤粉工业锅炉系统煤粉仓安全防爆设计可采用浓相操作、封闭、惰性气体保护、防静电接地、泄爆等措施,以保障煤粉仓的安全运行。

摘要：应用Aspen Plus模拟软件,对20万t/a BRICC非均相悬浮床煤焦油加氢产品的分离流程进行了模拟研究.模拟结果表明,在低温高压分离器分离过程中有较多的轻油组分的损失.在此基础上设计利用常压分馏中油对低温高压分离器气相组分进行油洗回收,以减少轻油组分的损失.得到满足回收要求的最低中油消耗量为3 500kg/h.油洗后,轻油组分损失量最大的332K馏分的损失由未油洗前的26.98%降低到5.31%,油洗效果显著.模拟结果对BRICC非均相悬浮床煤焦油加工技术的工业化设计具有重要的指导意义.

摘要：针对低阶煤热解工艺普遍存在的焦油产率低、焦油中重质组分(沸点高于360℃的组分)含量高等关键技术问题,从煤热解机理及焦油产生过程出发,探讨了影响焦油产率和品质的主要因素,提出通过原煤预处理强化挥发分的组成和结构的控制、设计结构新颖的热解反应器调控煤颗粒的热解和挥发分的二次反应过程、协同控制热解条件、控制油气中粉尘含量等提高焦油产率和品质的方法。期望新型的热解技术可处理较宽粒度范围的煤,降低挥发分在高温区的停留时间、抑制焦油二次反应,提高轻质焦油含量,并降低焦油中粉尘含量,构建热解条件和焦油组成之间的协同调控,实现煤热解油品品质强化。