煤粉云火焰传播特性实验研究

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1、硕士学位论文煤粉云火焰传播特性实验研究EXPERIMENTALSTUDYONFLAMEPROPAGATIONCHARACTERISTICSOFCOALCLOUDS刘莫哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK224.1学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工学硕士学位论文煤粉云火焰传播特性实验研究硕士研究生：刘莫导师：孙绍增教授申请学位：工学硕士学科：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TK224.1U.D.C：621.18D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringEXPERIMENTALSTUDYONFLAMEPROPAGATIONCHARACTERISTICSOFCOALCLOUDSCandidate：LiuMoSupervisor：Prof.SunShaozengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ThermalEnergyEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScience&Eng.DateofD

3、efence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要为实现能源的高效利用和近零排放，本课题组提出煤基燃料-氧-水蒸气燃烧方式，即将煤中的矿物质脱除得到脱灰煤，采用纯氧燃烧，逐级喷入水形成高温、高压、高水蒸气浓度和高氧浓度(即“四高”环境)的燃烧环境，用产生的混合气体推动先进透平做功，排气冷凝为水和高浓度的CO2，从而实现二氧化碳的近零排放。研究脱灰煤浓度、种类在“四高”条件下的火焰传播特性是实现煤基燃料-氧-水蒸气燃烧的重要理论基础之

4、一，是实现“OCCSS”发电系统的关键。本文基于自行搭建的20L球形实验台装置，通过研究不同神华和准东煤粉云浓度、粒径在常温空气条件下的爆炸特性来验证实验台的可行性。通过高速照相机结合图像处理技术对不同浓度、粒径的神华和准东煤粉云在常温空气条件下火焰3传播速度实验研究发现：煤粉云浓度在600g/m附近时，火焰传播速度最快。随着煤粉颗粒粒径的减小，煤粉云火焰传播速度加快。神华煤粉云的火焰传播速度不论在何种条件下均大于准东煤粉云火焰传播速度。煤粉经过酸洗处理后，促进煤粉燃烧的碱金属和碱土金属被脱除，导致煤粉云火焰传播速度降低。针对“OCC

5、SS”发电系统的基础问题，本文研究了在O2/H2O的体积比为40/60下，不同神华脱灰煤粉云浓度对火焰传播速度影响。本文还进行神华和准东脱灰3煤粉云在浓度0.8kg/m，不同O2/H2O体积比对火焰传播速度的实验研究。研究结果表明：当O2含量为40%时，神华脱灰煤粉云的火焰传播速度随着煤粉云浓度的3增加呈现出先增加后下降的趋势。当神华脱灰煤粉云浓度为1.6kg/m时，神华脱灰煤粉云的火焰传播速度达到最快为12.2m/s。神华脱灰煤粉云和准东煤煤粉云的火焰传播速度均随着O2/H2O的增高呈现出线性增加的趋势。当氧气含量从21%增加到50

6、%时，神华脱灰煤粉云的火焰传播速度从3.8m/s增加到11.8m/s，准东脱灰煤粉云的火焰传播速度从2.4m/s增加到11m/s。关键词：近零排放；脱灰煤；火焰传播速度；高水蒸气浓度-I-AbstractAbstractInordertoachieveefficientuseofenergyandnearlyzeroemissions,coal-oxygen-steamcombustionmodewasproposedbyourresearchgroup.Themineralsareremovedfromcoalandthede-as

7、hcoalburnswithpureoxygeninwhichspraywaterisgraduallyusedtoproducehightemperature,highpressure,highsteamconcentrationandhighoxygenconcentrations(namely,“fourhigh”condition)ofcombustionenvironment.Theresultantmixedgaspassthroughtheadvancedturbinetodowork,theexhaustgasfrom

8、theturbinesiscondensedintowaterandhighconcentrationsofCO2,soastoachievethenear-zeroemissionsofcarbondioxide.Th