【摘 要】
:
中国的煤炭资源丰富,在世界煤炭资源总存储量排第三位,因此我国每年煤炭开采量巨大。在煤炭开采过程中,会产生大量的煤层气,其中甲烷含量巨大,但是大部分的甲烷浓度较低,无法直接利用,只能排向空气。这不仅是资源的浪费,对环境破坏也巨大。并且甲烷的温室效应是二氧化碳的23倍,对于臭氧层的破坏效果更是二氧化碳的7倍。中国在2020年提出了2030年的“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,因此解决低浓度矿井瓦斯
【基金项目】
:
国家自然科学基金(51704145、52174195); 山西省基础研究计划(自由探索类)项目(20210302123122、20210302123103);
论文部分内容阅读
中国的煤炭资源丰富,在世界煤炭资源总存储量排第三位,因此我国每年煤炭开采量巨大。在煤炭开采过程中,会产生大量的煤层气,其中甲烷含量巨大,但是大部分的甲烷浓度较低,无法直接利用,只能排向空气。这不仅是资源的浪费,对环境破坏也巨大。并且甲烷的温室效应是二氧化碳的23倍,对于臭氧层的破坏效果更是二氧化碳的7倍。中国在2020年提出了2030年的“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,因此解决低浓度矿井瓦斯的问题迫在眉睫。本文以某600MW机组直流锅炉作为研究对象,将矿井乏风通入燃煤锅炉,利用数值模拟的方法对掺烧后的燃烧特性进行研究分析。采用SOLIDWORKS对研究对象进行建模,利用ANSYS中的ICEM对研究对象进行网格划分,综合考虑锅炉传热、传质特性,建立相应的数学模型,经过FLUENT进行数值模拟获得各种情况下的速度、温度、组分以及氮氧化物等的分布,最终利用DESIGN-EXPERT软件确定最佳配伍参数。以BMCR工况作为基本工况,分析该工况下的燃烧特性。对锅炉原始工况进行数值模拟研究,计算出炉膛出口截面的平均温度和平均氧气体积分数与实际测量结果对比的误差在8%以内,该模型能真实地模拟炉膛内的运行过程。本文分别研究了乏风中甲烷浓度、乏风四种不同的进入方式、燃尽风的风率对燃烧特性产生的影响以及掺入乏风的贫燃极限和混烧的最佳配伍参数。结果表明,随着乏风中甲烷浓度的增加,主燃烧区域的平均温度增加,最大增幅为102K左右;主燃烧区域的炉膛截面氧气体积分数降低,一氧化碳体积分数反而升高;将乏风加入锅炉进风口燃烧可以有效地减少NOx的排放,燃尽风处NO排放量从974.8 mg/m~3降低至436.3 mg/m~3,降低幅度达到55.24%。当乏风中甲烷浓度为0.75%时,四种进入方式下的燃烧情况均会使炉膛温度上升对燃烧产生积极作用、使得氧气体积分数减少且相较于未通入乏风消耗的氧气明显增加、一氧化碳体积分数增加因为存在不完全燃烧、一氧化氮排放减少因为还原性氛围增强且甲烷的增加会将一氧化氮反应转化。当燃尽风的比例由20%上升至35%时,燃烧器区域内温度分布整体趋势相同,但是燃尽风风率越大燃烧器区域温度分布越均匀,燃烧器区域内的氧气浓度越低,致使煤粉不完全燃烧,增加一氧化碳的浓度;同时增加燃尽风风率,可以减少一氧化氮的排放。研究掺入乏风的贫燃极限时,当乏风中甲烷浓度低于0.01%时,乏风对燃烧产生的热量贡献较低、二氧化碳排放量也几乎没有变化;浓度低于0.00025%时,对于一氧化氮的生成影响均较小且明显减少一氧化氮的排放,所以综合考虑通入锅炉乏风的浓度不应低于0.01%。通过Design Expert建立并优化了锅炉燃烧与各个试验因素(乏风中甲烷浓度、燃尽风风率以及锅炉负荷)之间的二次方模型,分析了单因素以及多因素二阶交互作用项对各响应值的显著程度,其中单因素中燃尽风风率对温度的影响最大,锅炉负荷对NO生成影响最大,交互作用下燃尽风风率与锅炉负荷对温度的影响和对NO浓度的影响均最显著;得到的最佳试验条件为:当乏风中甲烷浓度0.25%、燃尽风风率33.51%、锅炉负荷564.11MW,此条件下的温度响应值为1691.41、NO浓度响应值为0.00031589,预测值与实测值吻合度较好。
其他文献
由于乏风中甲烷浓度较低,无法直接利用,故被大多数煤矿直接排放到空气中,甲烷作为温室气体的一种,其温室效应及对臭氧层的破坏能力都远高于二氧化碳,若将乏风中的甲烷直接排放到空气中,会对资源造成浪费的同时,也会给环境带来不可逆转的伤害。目前,解决此问题最经济有效的方式就是将其进行催化燃烧,催化燃烧具有起燃温度低、可进行低浓度操作、产物无污染等优点,因此研究催化燃烧对资源和环境的发展具有双重意义。用于甲烷
燃煤电厂是CO2的集中排放源,减少CO2的排放是电厂绿色发展的重要一环。电厂烟气中惰性气体含量在80%以上,将电厂烟气注入井下采空区既能封存CO2等气体,又能防治采空区遗煤自燃。为了探究电厂烟气条件下煤的自燃特性,选用变质程度较低的四种煤,对比分析不同煤样在空气及CO2浓度分别为4%、8%、12%、16%模拟烟气条件下煤氧化升温过程的TG-DTG曲线特征温度点变化及活化能变化、气体产物与浓度变化、
岩石的热冲击破裂现象存在于地热资源的开发、热力破岩、核废料深部储存等多种工程中。当温度场受到扰动,产生剧烈变化时,会对岩石造成的热冲击作用,对岩石造成热冲击作用从而使岩石物理力学性质发生变化。这一现象可能会给相关工程造成一定的安全隐患,但合理利用这一现象也可提高工程效率。因此对热冲击作用下岩石损伤情况进行研究对于这一类工程具有重大意义。本文选取地热储层中常见的砂岩与花岗岩为研究对象,借助显微CT对
我国煤炭赋存情况复杂,特别是在厚煤层发生煤与瓦斯突出灾害的可能性急剧增大。一些典型突出事故表明突出主要发生在构造带附近,且该区域主要为松散易碎的构造煤,其最大变化就是极大增加了瓦斯吸附/解吸能力。在本论文中,采用实验室实验和理论计算相结合的方法,以孔隙测定理论、煤吸附/解吸动力学、瓦斯能量理论为指导,分析了焦煤的孔隙结构与吸附/解吸特性之间的关系,阐明了构造运动对焦煤孔隙特征的影响,确定了构造煤快
矿井粉尘污染严重威胁职工身心健康和矿山安全生产,现有矿用湿式除尘器普遍存在对水质水压要求高,使用喷嘴、滤网、振弦板、折流板等易堵塞、难清理,维护量大,设备尺寸偏大、吸力不足、除尘效果不理想等问题。为解决上述问题,本文设计了一种离心式轮壳同心旋流除尘器,采用理论分析、数学模型建立、实验测试和现场工业性试验相结合的方法,对离心式轮壳同心旋流除尘器的除尘特性进行了系统地研究,为矿井粉尘防治、工人健康防护
我国煤气化灰渣是一种资源化利用率较低的固体废弃物,其残炭与无机矿物质(灰质)的相互混杂制约了利用方式,残炭与灰质的分离是气化渣高效资源化利用的前提。重力分选对于煤气化灰渣中+0.125 mm较粗粒级分选效果较好,-0.125 mm粒级分选作用较弱,煤气化细渣-0.074 mm粒级含量高,寻求气化灰渣中细粒级残炭与灰质的高效分选方法成为当务之急。以宁夏煤业公司的神宁炉气化细渣为研究对象,采用煤油以及
我国瓦斯灾害事故时有发生,这严重威胁着煤矿安全生产和人员的生命财产安全。此外我国煤层气资源丰富,开发潜力巨大;煤层气作为一种高效清洁的非常规天然气资源,拥有着广阔的发展前景和巨大的实用价值,若能实现大规模商业化开采将对国家能源安全和能源结构调整有着举足轻重的意义。为提高瓦斯灾害防治能力和能源利用率,需将煤层瓦斯“变废为宝”,然而限于我国特殊的储层地质条件,绝大多数煤层渗透性差,煤层气的采收效率和利
随着煤矿机械化和智能化技术的日趋成熟,煤矿无通风智能绿色开采成为可能。本文以无通风采煤工作面自然对流换热为研究背景,通过实验和数值模拟相结合的方法研究了封闭腔体自然对流换热特性。本文首先基于相似准则搭建了实验平台,对内热源和壁面温差同时作用下的封闭腔体自然对流换热进行了实验研究,其次建立和相似实验平台一致的数值模型,通过Fluent软件对封闭腔体的温度场和速度场进行数值模拟,将实验结果和数值模拟结
无机/有机杂化荧光纤维具有低成本、柔性、便携和耐用等优异性能,作为柔性LED器件的潜在光源材料备受关注。红光LED因其发射波长位于600-700 nm,对植物光和作用贡献最大。作为植物补光灯的主要成分,红光稀土铕无机荧光粉因在红光区发射范围较宽而成为首选材料,但无机铕红光荧光粉易团聚、分散性差、成膜困难限制了其应用。基于此,本论文首先将铕无机荧光粉进行改性,赋予其聚合反应活性,再与甲基丙烯酸甲酯单
《朝元图》是永乐宫壁画的代表作,也是我国元代寺观壁画的巅峰之作。《朝元图》拥有厚重的历史文化积淀,其绘画技法、人物服饰以及精美繁多的图案在相关研究领域中都占有重要的影响力。《朝元图》人物服装图案以其精美的造型、独特而又舒适的配色在现代国潮时尚中脱颖而出,是设计界、时尚界中极具应用前景的图案元素。本课题以永乐宫《朝元图》人物服装图案为研究对象,重点探索永乐宫《朝元图》人物服装图案创新应用于现代设计中