煤层气与煤矸石循环流化床混烧优化研究

1、.：.；重庆市自然科学基金方案工程立 项 申 请 书工程称号煤层气与煤矸石循环流化床混烧优化研讨所属专项其他申报单位签章重庆大学申 请 者陈艳容联织部门重庆大学起止年限2021年7月 至 2021年6月填报日期2021年 3 月 9 日 重庆市科学技术委员会二八年元月制填 写 说 明请不要修正本恳求书模板中表格的构造，构造的改动能够导致申报系统回绝受理。1、凡申报重庆市自然科学基金方案的工程须填写此立项恳求书。2、立项恳求书由工程的主承当者填写，经工程主承当者任务单位审查赞同后，普通工程一份、重点工程一式七份(含查新报告)并附申报软盘一张报送重庆市科委。3、填写恳求

2、书前，请先查阅及有关规定，其中重点工程应围绕当年“工程指南内容撰写。4、立项恳求书所列内容都要据实填写，表达应明确、完好、严谨、扼要外文名词要同时用中文表达。5、工程组主要成员本人应在恳求书上亲身签名以示赞同协作。6、立项恳求书一概要求用A4纸张打印，否那么不予受理。7、一切申报资料恕不退还，请留意留底。8自然科学基金工程分两个个层次给予资助：10或20万元、普通工程3万元。9工程担任人具有良好的信誉和完成工程的才干，无逾期未结题的科技工程，在研科技工程不超越1项，且同一年度内只能恳求1项市级科技工程。10工程担任人该当具备规定的根本条件。一、根本信息工程称号煤层气与煤矸石循环流化床混烧优化研

3、讨所属专项其他承当单位重庆大学 组织部门重庆大学单位地址重庆市沙坪坝区沙正街174号400030单位性质11.高等院校 2.科研院所 3.企业 4.其它工商注册登记类型11.国有 2.集体 3.股份协作 4.联营企业 5.有限责任公司 6.股份7.私营企业 8.港澳台商投资企业 9.外资企业 10.其它企业单位法定代表姓名李晓红联络65105590手位65106704工程担任人姓名陈艳容联络65103114手机48331860rong_boxsina身份证号程主要协作单位方案类别11.自然科学基金 2.院士专项 工程主要效力行业

4、51.农业 2.制造业 3.电子信息 4.医药化工 5.交通、能源 6.建筑建材 7.冶金 8.轻工纺织 9.社会事业 10. 其它工程所属技术领域81.电子信息 2.生物医药 3.现代农业 4.环境维护 5.新资料 6.光机电 7.交通 8.能源资源 9.社会事业 10.其它工程研讨所属主要学科一级学科代码及称号二级学科代码及称号三级学科代码及称号代码：480称号：能源科学技术代码：48070称号：二次能源代码：4807010称号：煤气能起止时间2021.7-2021.6总投资3万元恳求资助3万元主要研讨内容(限100字)经过改动煤层气和煤矸石的混烧比和一、二次风配比等工况，对其在循环流化床

5、内的气-气-固混合熄灭进展数值模拟及实验研讨，研讨混合燃料的温度场、浓度场特性及熄灭效率，进一步改良数学模型，为循环流化床整体构造优化和运转控制参数确实定提供参考。预期成果方式或到达的目的(限100字)建立煤层气和煤矸石混合熄灭的数学模型；得到混合燃料在循环流化床内的流场、温度场和浓度场特性及熄灭效率；确定煤层气熄灭器布置及运转控制参数，优化混合熄灭技术，提高熄灭效率。在中文中心期刊或CSCD中心期刊发表论文23篇，培育硕士研讨生12名。注：此简表的选择项均为单项选择项。学科代码及称号按国家规范可在市科委网站上查询至少填至二级学科。二、工程组主要成员含工程担任人编号姓 名出生年月学历专业技术职

6、称任务单位联络从事专业工程中的分工每年任务时间(月)签 字1陈艳容1976.2博士讲师，博士生重庆大学65103114熄灭与环保研讨方案、技术道路122冉景煜1968.12博士教授重庆大学65103114熄灭与环保混烧特性实际研讨103杨仲卿1984.1学士博士生重庆大学65103114动力工程及工程热物理混烧数值模拟研讨104王裕明1968.1博士高级工程师重庆大学65103114热能工程实验测试95牛立祥1982.11学士硕士生重庆大学65103114热能工程实验台改良及实验研讨106杨 屏1986.3学士硕士生重庆大学65103114热能工程实验测试107张志荣1975.6硕士博士生重庆

7、大学65103114熄灭与环保研讨分析、报告编制等10三、经费预算单位:万元经费来源预算经费支出预算科目预算数科目预算数其中市科技方案拨款部分1、市科技方案拨款3.01、设备费0.60.62、国家部委拨款2、资料费0.50.53、行业主管部门拨款3、测试化验加工费1.01.04、区县科委拨款4、燃料动力费0.20.25、单位自筹5、差旅费0.20.26、其他资金6、会议费0.20.27、国际协作与交流费8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费0.50.59、劳务费10、专家咨询费11、管理费 来源预算合计3.0支出预算合计3.03.0市科技方案预算拨款年度2021 年2021 年2021 年合

8、计经费3.0注：1、市科技方案资助强度为：普通工程3万元，重点工程10或20万元。 2、普通工程不得提取管理费。四、恳求书正文参照以下提纲撰写，要求内容翔实、明晰，层次清楚，主题突出。一立项根据与研讨内容1、工程的立项根据重点工程须附主要参考文献详细目录随着工业和国民经济的快速开展以及人们生活程度的提高，对能源需求的日益扩展以及由此带来的环境污染也日趋严重，可以说能源与环境成为当今社会开展的两大问题。由此开展高效，低污染的清洁燃煤技术是当前亟待处理的问题。干净煤技术(Clean Coal Technology，简称CCT)的含义是：旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、熄灭、转化和污染控制等新技术

9、的总称。当前已成为世界各国处理环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。我国煤炭开采和利用的特点决议我国的干净煤技术含盖从煤炭开采到利用全过程。按照国务院1997年同意的，中国干净煤技术包含四个领域、十四项技术：煤炭加工领域；煤炭高效熄灭与先进发电技术领域；煤炭转化领域；污染排放控制与废弃物处置领域1。而其中的污染排放控制与废弃物处置领域，包括煤层气的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用是其中一个很重要的环节。煤层气和煤矸石是煤炭开采过程的伴生物，目前我国每年由煤炭消费而释放的甲烷达1424亿m3, 矿区煤矸石每年的排放量约为1.52亿吨2-3。这些废弃物的大量排放既污染环境，又呵

10、斥了资源的浪费，实际阐明，深化开展煤层气和煤矸石的综合利用，既节约煤炭资源，又减少环境污染。因此世界各国都在积极进展这方面的研讨，但研讨的偏重点各有不同。在煤层气利用的研讨方面，对煤层气的开发技术方面研讨较多，也有一些对纯烧煤层气技术或者煤层气和煤粉在煤粉炉中混烧技术的研讨；在煤矸石在利用的研讨方面涉及的范围较广，其中与本工程相关的主要是混合燃料在循环流化床的混烧方面的研讨，比如煤矸石和洗煤泥或生物质在循环流化床中等的混烧，还有一些是低热值高炉煤气与煤在循环流化床中混烧的研讨。但对于煤层气和煤矸石混烧的循环流化床技术所作的研讨较少。我国拥有丰富的煤层气和煤矸石资源，但目前对煤层气和煤矸石资源开

11、发利用程度及利用效率都比较低，工业化运用也比较少，迫切需求优化设计符合工业规模化运用的煤层气和煤矸石清洁高效利用系统，从源头实现工业污染的防治。煤层气和煤矸石混烧的稳定性和熄灭效率是急需处理的重要问题。从目前的文献资料来看，对煤层气和煤矸石混烧的循环流化床技术方面的研讨甚少，目前的研讨主要针对煤矸石的热解特性、煤矸石熄灭特性、煤层气的成分及熄灭特性等方面的分析，对其在循环流化床中的混烧也作了一定的研讨，但在煤矸石和煤层气的掺烧比、熄灭器的布置方案以及锅炉运转参数控制等方面有许多问题有待于优化，熄灭的稳定性和熄灭效率还有待于进一步提高。因此，本工程对提高煤矸石和煤层气混烧技术完善具有较高的研讨价

12、值。总之，本工程拟对煤层气和煤矸石混烧技术在循环流化床中的运用进展数值模拟与实验研讨，课题的研讨成果可为煤层气和煤矸石在循环流化床的混烧技术提供实际根底和设计指点。合理地对煤层气和煤矸石资源进展高效清洁的综合利用，不仅可以缓解我国能源短缺的问题，而且对改善我国的能源消费构造，提高我国干净能源的利用率，维护人类的生存环境，保证我国经济的可继续开展均具有非常重要的意义。煤层气与煤矸石综合利用现状国外对煤矸石的处置有比较健全的法规和管理方法，根本实现了无害化处置。主要用途是回填采空、作为建筑工程填料、筑路造地、回收有用成份及作燃料、建筑资料和改良土壤等用4-6。我国利用煤矸石已有几十年的历史, 近年

13、来由于对环保任务的注重和科学技术的提高, 煤矸石资源化综合利用获得了很大的开展, 正朝着产业化的方向迈进。但我国对煤矸石资源化的总体程度还不高, 部分经济效益不佳。根据煤矸石化学组成及性质的不同, 主要利用途径供热发电、消费建筑资料、复垦及回填矿井采空区、消费农肥及化工产品7-9。煤矸石发电以循环流化床锅炉为主要炉型，主要缘由流化床熄灭有以下优点10-11：燃料顺应性广，能燃劣质煤；在熄灭过程中能有效控制有害气体NOX和SO2的产生和排放；熄灭热强度大，能减少炉膛体积；床内传热才干强，能节省受热面的金属耗费；负荷调理性能好，且调理范围大；灰渣可以综合利用等。煤层甲烷(又称煤层瓦斯或煤层气)是与

14、煤共生，开采煤炭时从煤体内析出。它是一种优质能源，但同时又是煤炭开采的一种主要灾祸，其大量排空对全球环境变化(温室效应)有较大影响12-13。目前世界上主要产煤国对煤层甲烷的资源化开发利用程度较高，主要方法是地面钻井开采。美国1993年煤层气的产气井有5000余口，产气量到达207亿立方米。我国煤层气的开发利用程度还很低，主要是采取井巷抽放，但气体利用价值低，地面开采尚处于探求研讨阶段，正在开展现范工程并与国外进展协作勘探14-16。在煤矸石综合利用、熄灭技术及工业化运用方面，曾经有许多研讨机构和高校都开展了这方面的研讨。早在70年代，浙江大学17-22就开场煤矸石石熄灭技术的开发，先后研制胜

15、利10t/h石煤双床飞灰循环流化床锅炉，35t/h煤研石循环流化床锅炉等，并已进展75t/h、130t/h、220t/h时劣质煤循环流化床锅炉的设计。在开发单一燃料的流化床锅炉的同时，浙江大学还非常注重多种燃料的流化床混烧技术的研讨和开发，进展了洗煤泥和煤研石、洗煤泥和中煤等的混烧研讨，针对煤泥的特点提出了和开发了以洗煤泥结团熄灭和异重流化床运转为主要内容的洗煤泥流化床熄灭技术，开展了煤泥煤矸石流化床内的混合特性、熄灭特性和污染物排放和控制方面的研讨，并已得到工业验证和运用，如四川省永荣矿务局永川煤矿电厂的20t/h循环流化床锅炉1994年和永荣矿务局电厂的35t/h循环流化床锅炉1995年。

16、同济大学23、中国矿业大学24等高校都对煤矸石的化学组成及性质进展分析研讨，指出煤矸石的综合利用主要途径及综合利用中存在的问题，分析了我国煤矸石综合利用的开展方向。杨巨生等25分析煤矸石用于 75t/h循环流化床锅炉实行热电联产节能环保效益及灰渣的利用，提出进一步综合利用的措施，指出运转实际阐明循环流化床锅炉混燃煤矸石和洗中煤进展热电联产，具有良好的节能及环保效益，并可对灰渣综合利用。煤矸石热电厂耗费的是工业废物煤矸石，产出的是优质的电能、热量及建筑资料等产物，随着运转阅历的积累及技术的进一步运用，其节能及环保效益将更加明显。殷庆勇等26分析煤泥、煤矸石的特点，结合循环流化床技术的特性，指出混

17、烧煤泥、煤矸石的循环流化床锅炉的技术构造特点。宋忠喜等27 研讨了掺烧高炉、焦炉煤气，对按纯燃煤设计的CFBB所产生的影响，研讨阐明掺烧煤气对循环流化床的影响主要是对旋风分别器分别效率的影响和受热面布置的影响。因此在设计中保证旋风分别器的分别效率，调整受热面的布置，可以实现混烧锅炉的良好运转。Baskov等研讨人员28-31采用不同技术和方法研讨迷宫分别器在循环流化床上的运用效果。刘柏谦32采用新开发的百叶迷宫高温气固分别器，设计了一台6t/h循环流化床锅炉，并在小型流化床熄灭器上，进展了实验研讨，获得了良好的效果。朱昌广等33针对煤泥和煤矸石的不同特点，采用煤矸石和煤泥分别给料的方式，改动煤

18、泥的参与方式，保证了熄灭的稳定性。关于混合燃料在循环流化床中混烧研讨还有很多，如Suksankraisorn、Folgueras、Hoffmann等对煤和渣滓混烧 34-37的研讨、Hartge、Luecke等人对煤和生物质混烧3839的研讨等。经过对这些实验结果的分析比较，有助于了解各种不同混合燃料的混烧特性及混烧控制技术等，可为工程的研讨提供实验和实际方面的参考。煤层气根据开发方式的不同可分为地面开发煤层气、煤矿井下抽放煤层气和报废煤层气三种。低热值的煤层气与常规的天然气不同，它的主要成分甲烷的浓度在3060%之间动摇，利用难度较大，目前对于低热值煤层气较好的利用方法是发电。同时由于其热值

19、较低，通常采用的方法是在蒸汽锅炉或电站锅炉中与煤粉或其他热值相对较高的气体混烧。总的来说，混烧的技术难点在于处理熄灭稳定性、混合爆炸性、受热面超温、排烟温度和飞灰含碳量偏高等问题, 如何处理这些技术难题并提出了相应处理措施成为有关研讨人员的研讨重点。陈力等40分析循环流化床锅炉掺烧高炉煤气的一些不良影响并提出相应的改良措施，如锅炉各受热面按掺烧最大设计量混煤气计算和布置；炉膛高于纯燃煤炉膛以弥补炉膛稀相区传热系数的降低，保证蒸发受热面充足；选取中等烟速，消除因掺烧混合煤气废气量大，烟、气速度高而带的尾部受热面额外磨损；掺烧比例最高可达30，循环流化床锅炉在掺烧高炉煤气的过程中所产生的不良影响根

20、本得到消除等。刘定平41-42的研讨以为：普通情况下，高炉煤气和焦炉煤气熄灭时的火焰传播速度取决过量空气系数和炉膛温度。对于成分一定的低热值煤气来说，提高其火焰传播速度主要靠改动过量空气系数和炉膛温度来实现。在不同的过量空气系数下，火焰传播速度由小变大，而后又由大变小，在此中间存在一个最大值区域，即过量空气系数为0.65-0.9时，火焰传播速度较大。由此可见，火焰传播速度与过量空气系数亲密相关。调整熄灭空气的供应量改动过量空气系数，使火焰传播速度处于上下限之间，是到达稳定熄灭的重要要素；另外炉膛温度也直接影响其着火。赵岩等43引见了东北大学研制开发了空气-煤气双预热换热器，可将预热后的低热值煤

21、气直接用于加热炉熄灭，并推导出炉膛温度与助燃空气预热温度之间的数学模型，实现了低热值煤气的直接利用和废气余热回收。S.R.Gollahalli44在程度熄灭管中煤粉和煤层气的熄灭情况进展研讨，实验结果阐明随着天然气和空气的混合气体雷诺数的添加，熄灭速率添加，挥发分越高，熄灭速率越大。煤层气熄灭安装优化研讨煤层气的成份复杂多样，多为低压低热值，煤层气的特殊性要求其熄灭设备公用性，主要是根据煤层气成分、熄灭特性的数值华白数以及爆炸极限等。因此，煤层气的熄灭设备是煤层气领域的重要技术配备，又是相关人员研讨的另一个重点。煤层气熄灭器的类型很多，分类方法也各不一样。为了优化熄灭场，如今熄灭器根本都采用旋

22、流式。它是将空气和高炉煤气经过各自的通道流经喷嘴，经过导向叶片后产生旋流。优点在于能加强混合，熄灭更充分。研讨文献45-50对不同类型的旋流熄灭器进展实验分析，主要研讨不同当量比的燃气和空气下的火焰传播速度、最大周向速度、火焰传播方向、火焰吹熄和回火界限等，提出了一些对旋流熄灭器的设计很有适用价值的阅历计算公式。李超51针对国内非预混式熄灭器存在的空气混合不完全，熄灭效率不高、寿命较短、NOx浓度超标等缺陷，提出了改良措施，设计了一种具有宽运转工况、熄灭稳定、低污染等特征的新型低热值煤气熄灭器，投入工程运用获得了较好的效果。宋光彩52等讨论了掺烧高、焦炉煤气熄灭器设计的根本要求及存在的问题，研

23、讨了掺烧高、焦炉煤气熄灭器的布置方式。刘圣勇53等根据天然气的特性，采用强迫预混熄灭方式，设计了点火安装的喷嘴、引射器及烧嘴，并对稳定火焰的方法也进展了研讨。在空燃比一定的条件下，对天然气的流量与点火参数的关系进展了实验。得到了天然气的最正确流量。运用阐明，该点火安装具有火焰温度高、顺应强、操作方便等优点。靳世平等54经过对直流、钝体和开缝钝体三种不同的熄灭器进展实验比较，结果发现由于开缝钝体能促使小股缝隙燃料空气流直接进人钝体的尾流低速区，从而到达先着火目的，同时还发现低热值煤气在这种熄灭器中也可以强化熄灭，还可以处理尾部超温的问题。这些研讨结果为本工程研讨的煤层气熄灭器的选择、布置以及点火

24、安装的设计等具有很好的自创作用。熄灭数值模拟研讨在混烧机理的根底研讨及数值模拟方面，炉内物理化学过程的数值模化得到迅开展，无论实际模型和计算技巧都趋向于成熟阶段。各国工程界普遍以为炉内流动过程的数值模拟可以替代冷态模化实验。世界各大锅制造集团公司，包括美国的福斯特惠勒公司和熄灭工程公司、美国和加拿大的巴布科克威尔科克斯公司、日本的三菱重工长崎研讨所、中国的哈尔滨和上海发电设备成套研讨所、哈尔滨锅炉厂等都以宏大的财力和人力对炉内过程的数值模化进展开发和研讨55。任何数值模拟的进展都必需经过建立合理的系统模型及采用适当的计算方法来实现。得益于各国研讨人员的注重及努力，循环流化床反响器的系统模型得到

25、很大开展也更加趋于合理。56-61Van Swaaij在1978年首先提出了用一个非常简单的拴状流模型和带有气体分散的拴状流模型来解释CFB内流动构造，并获得胜利。以后，对CFB内部气固流动构造的研讨模型阅历了从“单相流体SF模型开展到“两流体模型TFM、从“拴状流模型到“环-核颗粒絮团模型的变化。进入80年代，Elghobashi&Abou-Arab首先提出SF模型，以为在CFB稀相区内颗粒之间的碰撞颗粒被忽略，且颗粒尺寸很小，并假设颗粒随着气体而进展流态化运动，与单相流体不同的是物性参数为气体与颗粒的混合值，但该模型无法解释在接近壁面处颗粒速度变化。之后，Pouranhmadi&Hummp

26、hrey、Chen&Wood和Rizk&Elghobashi进一步开展了该模型。然而实验证明该模型只对颗粒直径小于100微米、床内颗粒浓度很低的情况下有效，对大尺寸颗粒计算数据与实验结果存在明显不符。随后，Yershalmi et.al.经过对CFB内颗粒浓度察看发现床内颗粒以离散的颗粒絮状团的方式出现的，而不是单个颗粒方式。在此根底上，Brereton和Berruti&Kalogerakis率先提出了“环核-颗粒絮状模型，以为床内流动为纯环核流动，即稀相区内存在两个区域：“环壁区，颗粒絮团仅存在与该区并沿着壁面低速下降；“中心区，气固悬浮相在该区高速上升。但是由于实验证明环-核区之间过渡是渐

27、变得。因此该模型过分简化了真实流动构造。1992年Brereton和Grace对其1987年的环核模型又加以改良，但仍无法解释固体颗粒从浓度低的中心区向高浓度的环壁区“分散机理。Heping Yang&Mridul Gautam用一冷态CFB实验验证了床内部分气体速度与固体物料循环率、表观气体速度和颗粒剂和尺寸有关，并总结出一个阅历公式。该实验数听阐明在CFB稀相区充分开展阶段气体速度沿高度变化可以忽略。1995年Kruse、Koenigsorff和Werther在前人研讨的根底上提出了一个新的两流体模型。以为在床内任何地方都存在着低颗粒浓度向上流动的悬浮相和高颗粒浓度低低速下降的环核区之间的

28、界面，而以为悬浮相与颗粒絮团向共存于恣意位置，只是由于二者所占比例不同二呵斥壁面区与中心区的出现。同时丈量了直径为60微米的SiC在CFB内的流动情况，实际结果与实验数据吻合较好。我国中科院的李静海在1998年进一步完善了TFM模型。否认了两流体模型中气固相的延续假设。提出一个“粒子颗粒运动离散模型，即将每一个颗粒的运动分成碰撞过程和悬浮过程，同时以为气体流动仍符合N-S方程，并用计算机模拟了流化钻台，证明了在CFB系统中悬浮相合颗粒絮团相共存。悬浮相中颗粒是以单个颗粒方式出现，颗粒絮团相内的颗粒团之间彼此纠结在一同，呵斥絮团相尺寸和外形的不规那么。总的来说，目前所提出的大多数模型参照了198

29、8年由Brereton提出的“环-核模型。除了对实际模型的研讨之外，各大学及相关研讨机构也加强对炉内数值模化实践运用的研讨，浙江大学热能研讨所62在热态实验的根底上初步提出了循环床熄灭模型和循环流化床锅炉的设计方法，并在冷、热态实验台上进展了传热实验。在循环流化床的气固两厢流动特性方面提出了由脉动颠谱随机轨道模型和颗粒随机脉动模型组成的循环流化床内颗粒运动模型。宋新南等 63根据经典的熄灭学参数计算方法，经过对混烧技术的实际分析，提出一种适用于常见熄灭条件下多燃料混合性熄灭工程实践的熄灭学参数计算方法。王勤辉等64建立了能描画宽筛分循环流化床锅炉的炉内流体动力特性和熄灭过程的数学模型，模拟了1

30、2MW循环流化床锅炉的运转,模拟计算结果合理正确,与实验研讨结果吻合良好。包钢65对75t/h树皮-煤粉流化床锅炉复合熄灭系统的控制进展了模拟计算。根据炉膛内的热量平衡、物质平衡及烟道动力确定了该锅炉燃料的数学模型，同时对其控制系统进展了抑制扰动的仿真研讨。该模型提出了熄灭控制的优化方法，其中心是如何控制稳定熄灭，但是对系统的配风方式、熄灭效率的影响并未涉及。朱彤66等采用k湍流双方程模型、PDF熄灭模型以及离散坐标辐射传热模型，对低热值煤气高温空气熄灭过程进展了计算机辅助模拟实验，比较了不同预热温度和不同过量空气系数对低热值煤气熄灭过程的影响，为低热值煤气蓄热式双预热烧嘴的研制提供了实际指点

31、。国外也有许多关于循环流化床内的气固两相流动、固体颗粒运动、气泡开展等的数值模拟方面的研讨，虽然采用的模拟方法各有不同，但根本上都经过实验研讨验证了数值模拟结果的准确性，因此这些数值模拟方法或结果可作为本工程研讨中数值模拟部分的参考。参考文献67-73引见了这些数值模拟的研讨成果。Leschziner,Sloan,HoggS等74-76采用Shih提出Realizable k-e模型进展了湍流流动的数值模拟，实际证明该模型可以较好地模拟大尺度旋转射流的细致构造。文献77-83引见了一些有关循环流化床其它方面的数值模拟。从目前的资料来看，循环流化床内气固两相流动中常用的数学模型包括欧拉坐标系下的

32、两相流体模型、颗粒动力学双流体模型、基于拉格朗日坐标下的颗粒轨道模型、小室模型等，这些模型各有优缺陷，需求根据实践情况简化计算条件，确定各项系数，建立合理的数学模型以保证模拟结果的准确性。燃料熄灭特性研讨燃料的熄灭特性的研讨对于熄灭设备的设计、熄灭效率及稳定性等的提高具有重要的意义，并可为工业运用提供一定的实际根据。因此，国内外都有许多科研机构进展了煤层气、煤矸石组分与燃特性的根底研讨。文献84-91经过对煤粉在氢气以及在一些低热值气体或惰性气体气氛下的熄灭热解特性的研讨为我们改良热解模型，来分析研讨煤矸石在煤层气气氛下的熄灭与热解特性。张全国等92经过实验对煤矸石的熄灭特性进展研讨并利用回归

33、相关分析的数学方法得出煤矸石成型熄灭特性的关联式。李化建93运用XRD和IR实验方法对不同煅烧温度煤矸石的热力学特性进展煤矸石最正确活化温度的研讨。董德恩94引见了测定煤歼石热量的方法和阅历，并提出对歼石电厂燃料构造及其质量特性的分析。刘柏谦95-96等经过实验研讨了煤矸石在流化床的着火特性,寻觅不同条件下的煤矸石着火温度，其实验结果为指点煤矸石熄灭提供了根据。周伯俞97等对煤矸石成型燃料进展了研讨，他指出合成燃料的普通原那么是发热量高的与发热量低的搭配，结焦性强的和结焦性差的搭配，灰熔点高的与灰熔点低的搭配，使燃料的挥发分、灰熔点、发热量等得到合理的配比，从而使矸石可以正常熄灭。在煤矸石的熄

34、灭污染物控制技术方面，陈明功等98运用煤矸石中含有丰富的碱性物质和化学吸收技术，对煤矸石浆液脱除燃煤烟气中SO2的影响要素进展了研讨，得出煤矸石可有效脱除低浓度烟道气中的SO2脱硫的适宜条件。Hari Prashan99等分析了在弱酸性环境或酸性环境中Fe元素的化学反响过程，指出在弱酸性环境中，富含硫组分的煤矸石在适宜条件下，不但不影响脱硫效果，反而有利于脱硫反响；在酸性条件下,Fe2+不但与SO2反响，还将进一步起催化氧化作用,发生S(IV)S(VI)反响,生成稳定的SO42-，因此煤矸石中的铁在脱硫过程中起着重要的催化氧化作用。Chishoim100等研讨了煤矸石中含量最多的元素硅对烟气脱

35、硫的作用，硅元素主要以硅酸盐及SiO2的方式存在，经过对其化学反响过程的分析，指出在酸性环境中，硅酸盐可以成为良好的脱硫剂。在张国101等分析了煤矸石综合利用电厂循环流化床锅炉在脱硫方而的优势与存在的缺乏，讨论了湿法脱硫工艺的常见问题及处理方法，并提出应根据硫含量多少采用不同的脱硫工艺。Spliethoff 等102对NOx排放控制实验的研讨结果阐明再燃燃料中不同碳氢化合物浓度的变化(20 %100 %) 对NOx 的复原率没有太大的影响。关于这两方面的研讨资料还有很多，由此我们可以了解，只需将循环流化床炉内的熄灭温度和熄灭气氛等控制在适宜的条件下，煤矸石本身的组成成分对SO2的脱除等会起到一

36、定的促进作用，有利于煤矸石的清洁熄灭。总之，人们对煤层气、煤矸石清洁稳定熄灭方面的研讨日渐增多。循环流化床锅炉中煤层气和煤矸石复合熄灭方式的目的是将循环流化熄灭和气体熄灭这两种不同的熄灭方式有机结合起来, 共用在1 台炉上互为辅助，在熄灭过程中，煤层气靠床层火点燃，煤层气熄灭构成的高温火焰提高了炉膛温度，为床层上的煤矸石着火提供了丰富的热源，使难以着火的煤矸石能顺利着火熄灭，实现两者互为利用，扬长避短。从目前的这些相关研讨报道可以预见对于煤层气和煤矸石在循环流化床的混烧中能够存在的以下几个方面问题： 1煤矸石熄灭的稳定性。煤矸石具有挥发分低、高灰分、难着火的特点，熄灭稳定性是混合熄灭的需求处理

37、的重点。煤矸石熄灭的稳定性问题与一二次风配风方式如布风板型式、风室构造等及配比、煤层气的熄灭器的布置，煤层气的掺烧比等许多要素亲密相关，这在下面的几个问题中都有相关论述。2煤层气熄灭器的选择和布置。低热值煤层气甲烷含量低，普通在3060之间，其它主要成分为N2和CO2气体。由于含有较多CO2、N2等不活性成分，火焰稳定性不好。因此在熄灭中既要思索甲烷的易燃特性，保证熄灭的平安性，也要留意熄灭的稳定性问题。目前常用的熄灭器存在燃气空气混合不完全，熄灭效率低、熄灭后烟气中的NOx严重超标等问题，因此在熄灭器设计上应选择旋流、半预混或全预混型的熄灭器，确定适当的点火安装、喷嘴构造，合理配置空气和燃气

38、的比例，使得两者混合充分，保证熄灭完全，从而实现低热值煤气的平安稳定熄灭。煤层气熄灭器的安装位置是保证混合熄灭稳定性的一个重要要素，从目前的研讨资料看来，煤层气熄灭器布置在下二次风以上，较接近床层处为宜，但也需思索煤层气本身熄灭的平安性和稳定性。3煤层气的掺烧比例和掺入炉膛的温度控制。由于煤层气熄灭速度快，需求耗费大量氧气，而煤矸石难着火，在掺烧比例超越一定界限时，能够会出现煤层气和煤矸石抢风的问题，呵斥煤矸石未燃尽、飞灰含可燃物添加等一系列问题，影响了锅炉的整体效率以及排烟气SO2和NOX等污染物的含量等。另外，在煤层气不经过预热直接参与炉膛的情况下，由于大量不可燃冷气进入炉膛，导致炉膛温度

39、下降，不利于煤矸石的稳定熄灭，因此，可以思索将采用类似于预热一二次风的方式将煤层气预热后再参与炉膛，实现混合燃料的稳定熄灭。4煤层气对锅炉整体布置和锅炉受热面的影响。由于低热值气体可燃成分少，发热量低，熄灭产物的体积流量大，使大容量高压锅炉中各受热面的传热特性产生很大的变化。因此，在掺烧低热值气体的循环流化床锅炉中，要留意根据煤层气的掺烧比例对炉膛高度、锅炉受热面进展改造设计。(5一二次风的配风方式和比例。一二次风配风方式和配比影响着循环流化床内气固两相流动特性及熄灭中氧气的供应问题等。在本课题研讨中，将首先经过数值模拟的方式来确定这个问题。6污染物排放的控制。与循环流化床熄灭其它煤种一样，主

40、要也是经过根据煤矸石的成分确定合理的Ca/S比及控制炉膛温度两个方面进展控制，另外还需思索参与煤层气后会产生一定的影响。2、工程的研讨内容、研讨目的、以及拟处理的关键问题研讨内容： 本工程包括煤层气和煤矸石循环流化床混烧数值模拟、混烧实验台改良、不同运转参数对流场、温度场分布及熄灭效率的影响的实验研讨、混烧技术优化等五个方面的问题。分述如下：煤层气和煤矸石循环流化床中混烧数学模型的建立煤层气和煤矸石循环流化床中混合熄灭中，由于煤层气的参与，构成了一个气-气-固混合流动和熄灭的过程，对其流场、温度场和浓度场特性进展数值模要思索流动、熄灭过程、物理化学反响和传热等方面，其数学模型比较复杂。煤层气与

41、煤矸石循环流化床混烧的流场、温度场、浓度场特性的数值模拟对煤层气与煤矸石在循环流化床的气-气-固混合熄灭进展数值模拟，研讨混合燃料的流场、温度场、浓度场特性。经过改动煤层气熄灭器的布置、煤/气的混烧比和一、二次风配比等工况下进展数值模拟，进一步完善模拟研讨的数学模型，为循环流化床整体构造优化和运转控制参数确实定提供参考。煤层气与煤矸石混烧的循环流化床实验系统的改良根据数值模拟的结果，初步确定循环流化床实验台的整体构造及实验中的相关参数，改良实验台。煤层气与煤矸石循环流化床混烧实验研讨改动煤/气混烧比，实验是以烧煤矸石为主，经过改动混烧煤层气量，察看熄灭情况，以确定适宜的混烧比；改动一、二次风配

42、比、过量空气系数等，实验研讨不同运转参数等对炉内温度场等的影响；对熄灭产物灰渣、排烟等进展分析，计算熄灭效率。实验结果分析，煤层气与煤矸石循环流化床混混烧技术优化分析实验数据，研讨不同混烧比、过量空气系数、一次风率等对炉膛中心温度、熄灭效率等CFB熄灭特性的影响，得到影响其熄灭特性的关键要素，优化煤层气与煤矸石混合熄灭技术措及其运转控制。为完善煤层气与煤矸石能源化利用成套技术，实施工业运用与示范奠定实际与技术根底 研讨目的：针对煤层气和煤矸石混合熄灭的特性，经过数值模拟得到混合燃料在循环流化床内的流场、温度场特性，实现对循环流化床中煤层气熄灭器布置的优化设计。在混烧实验中经过改动变煤/气混烧比

43、，改动一、二次风配比等不同工况对数值模拟的结果进展验证及修正，同时得到影响其熄灭特性的关键要素，进一步优化煤层气与煤矸石混合熄灭技术措及其运转控制。研讨成果将为进一步开发完善煤层气与煤矸石能源化利用成套技术，为实施工业运用与示范奠定实际与技术根底拟处理的关键问题：煤层气与煤矸石混循环流化床混烧温度场、浓度场数值模拟研讨；煤层气与煤矸石混循环流化床混烧的熄灭特性及其关键影响要素。3、拟采取的研讨方案及可行性分析研讨方案：首先确定煤层气和煤矸石的成分，然后运用CFD软件对煤层气和煤矸石在循环流化床中流场、温度场与浓度场进展数值模拟和分析研讨，进一步改良数学模型。其次确定煤层气熄灭器布置后改造循环流

44、化床实验台，进展混合燃料在循环流化床中熄灭特性的实验研讨。最后经过实验分析进展修正，对循环流化床系统的整体构造布置进展优化设计，得到运转控制参数。对实验中需求丈量的各种参数，如炉内的温度场可利用红外热像仪、热电偶等进展丈量；煤矸石、灰渣等固体物质的成分采用综合热分析仪等丈量；煤层气、烟气等气体成分采用气相色谱仪、奥氏气体分析仪等丈量。可行性分析：课题依托重庆大学国家“十五“211工程建立工程“先进能源动力技术及系统的学科基地和重庆市热工重点实验室。已拥有一批先进测试仪器设备，如：PHANTOAM高速摄像仪， SC-2000气相色谱仪，SPEX激光控制光谱仪等以及熄灭、流动、传热的大型计算软件(

45、如CFX 、FLUENT等)。公用的煤层气熄灭器曾经有实验室的其他人员设计完成，同时还将购置一批实验仪器，改造煤层气和煤矸石循环流化床混烧的实验安装，为实验研讨的进展提供保证。综合各方面的条件，可以满足本工程的实际分析与实验研讨条件，有利于完本钱工程。4、本工程的特征与创新之处本工程对煤层气与煤矸石混烧技术在循环流化床中的运用进展研讨。采用数值模拟结合实验研讨的方法，研讨煤层气与煤矸石混合熄灭；循环流化床一二次风配比、煤层气与煤矸石的混烧比等对流场、温度场分布的影响；混合燃料的熄灭效率；混合燃料熄灭组织与运转控制等几个方面的问题。在此根底上，对循环流化床中煤层气熄灭器、锅炉受热面整体布置进展优

46、化设计，并处理煤层气与煤矸石混烧中容易出现熄灭不稳定和不完全熄灭景象，熄灭效率不高等关键技术问题，完善煤层气与煤矸石能源化利用成套技术，为实施工业运用与示范奠定实际与技术根底。5、预期研讨成果及工程的考核内容与目的1、主要技术目的：包括构成的新技术、新工艺、新安装、新产品、专利、规范技术规范、企业规范、论文专著数量及其程度等1.煤层气和煤矸石循环流化床混烧的数学模型。2. 煤层气与煤矸石循环流化床混烧的流场、温度场特性的数值模拟结果。3. 循环流化床中煤层气熄灭器布置的优化设计。4. 煤层气和煤矸石循环流化床混烧时炉膛整体温度程度变化规律和熄灭效率的主要影响要素。5. 煤层气与煤矸石混循环流化

47、床混烧技术优化及最正确运转参数确实定。6. 在中文中心期刊或CSCD中心期刊发表论文23篇。7. 发表的论文承诺标明“重庆市科委自然科学基金资助。2、经济考核目的3、工程实施中构成的实验室、研讨室等进一步完善国家“985及“211创新平台固体废弃物污染及资源化研讨中心、先进能源动力技术及系统、废弃物熄灭能源化及污染控制研讨基地：基地包括“废弃物熄灭及能源化实验室、“固体废弃物热解特性实验室，力争固体废弃物的资源化研讨中心到达国内一流的研讨程度；4、人才培育目的经过本工程的实施，建立一支研讨煤层气和煤矸石循环流化床混烧技术优化的研讨队伍， 培育硕士研讨生12名。6、年度研讨方案及年度考核目的20

48、21.07-2021.09 技术道路和方案的进一步优化与确定，研讨煤层气和煤矸石混合熄灭数值模拟方法，建立混合燃料在循环流化床中流动和熄灭的数学模型；2021.10-2021.12 数值模拟混合燃料在循环流化床中气固两相流动特性及熄灭特性，优化煤层气熄灭器布置；2021.01-2021.04 改良煤层气和煤矸石循环流化床混合实验台。包括联络实验系统所需设备的厂家及选型、采购设备、改造和完善循环流化床实验系统。2021.05-2021.07 实验研讨不同混烧比对炉膛中心温度、熄灭效率等流化床熄灭特性的影响，得到煤层气与煤矸石的最正确混烧比。2021.08-2021.10 实验研讨不同的运转工况如

49、过量空气系数、一次风率等比对炉膛中心温度、熄灭效率等流化床熄灭特性的影响，得到最正确的运转控制参数。2021.11-2021.03 分析实验数据，优化煤层气与煤矸石混合熄灭技术及其运转控制，提高熄灭的稳定性和熄灭效率。2021.04-2021.06研讨报告编写，结题、验收二研讨根底与任务条件1、任务根底课题组由有一定研讨阅历和富于创新的中青年科技人员组成；主要研讨人员在固体废弃物处置、流体流动、传热传质、熄灭工程的实验研讨以及数值模拟方面有多年的研讨实际，在相关研讨领域的实际分析和实验测试方面进展了相应的研讨任务，并获得了丰富的阅历。本课题组经过前期的技术开发任务，积累了大量的现场和运转阅历，

50、对固体废弃物综合处置等进展了近15年的研讨，已在固体废弃物处置、循环流化床熄灭、污染物控制等方面发表了近100篇科技论文，有20篇论文被SCI、EI和ISTP收录，在此根底上，合理制定了本工程的研讨方法和技术道路。在实际分析和实验研讨方面积累阅历，并掌握了国际上一些较先进的实际研讨方法、计算手段和实验技术。曾经完成的国务院三峡办工程“三峡库区及库区重点城镇固体废弃物综合治理规划与专项技术研讨，教育部工程“高水分低热值城市固态生活渣滓清洁熄灭技术研讨“，城市固态生活渣滓循环流化床干净熄灭技术研讨、“100 t / d城市生活渣滓熄灭炉主要技术研讨和整体设计，以及课题组成员完成的博士学位论文“固态

51、医疗渣滓循环流化床气固多相流动与熄灭特性数值计算与实验该论文获重庆大学优秀博士学位论文等的研讨结果，为本工程的研讨奠定了根底。近五年来，承当、完成国家、省部级科研工程10多项，获发明专利2项，适用新型专利2项，国家科技提高二等奖1项，省级科技提高奖3项，发表论文50余篇。以上各方面均为本课题的开展奠定了坚实的根底。目前，课题组已完成或正在进展的有关固废处置、熄灭及污染控制的相关工程主要有：1三峡库区及库区重点城镇固体废弃物综合利用规划和专项技术研讨，国务院三峡建立委员会工程，2000-2004；2城市固态生活渣滓循环流化床干净熄灭技术研讨，国家教育部，2003-20053高水分低热值城市固态生

52、活渣滓清洁熄灭技术研讨，国家教育部，1999-20024100t/d城市生活渣滓熄灭炉主要技术研讨和整体设计，国家教育部，1999-20025医用固体废弃物干净熄灭技术与成套安装研讨，重庆市科委，2000-200461000公斤/时机械引风熄灭炉及其机理研讨，四川科委工程，1988-19917天然气汽车低NOX控制技术与安装，重庆市科委，2002-20048三峡水库淹没区固体废弃物污染及清理技术示范研讨重庆市移民局2000-2003年2、任务条件本工程将依托重庆大学“热工重庆市重点实验室，以及国家“十五“211工程建立工程“先进能源动力技术及系统的学科基地。在“211工程建立工程支持下，已初步建成废弃物熄灭能源化及污染控制研讨基地，基地包括“废弃物熄灭及能源化实验室、“固体废弃物热解特性