基于煤粉预燃的深度空气分级低氮燃烧技术研究

基于带有预燃室的煤粉燃烧系统而开发的深度空气分级低氮燃烧技术,可实现低氮氧化物(NO_x)初始排放效果。阐述了中心逆喷强旋流煤粉预燃系统的技术原理以及燃烧系统的配风策略优化,并从分级配风对比未分级配风、三次风比例对NO_x的影响、不同配风位置对NO_x的影响、炉膛出口氧含量等方面分析7MWth热态燃烧台架实验结果。结果表明,深度空气分级有利于降低NO_x初始排放,当三次风配风比例不超过40%时,三次风占比越高,NO_x初始排放值越低,最优工况NO_x初始排放值约200 mg/Nm~3(@9%O_2),配风比超过40%时NO_x初始排放有增高趋势;采用炉膛侧墙对冲的三次风配风方式,配风控制精准,混合效果好,炉膛温度分布更均匀,炉膛出口断面氧量分布差异小,延长了煤粉在还原区的停留时间,利于降低NO_x初始排放。     

高速煤粉燃烧器大占比掺烧秸秆共燃烧试验研究

为了研究煤粉工业锅炉大占比掺混生物质的燃烧特性和NO_x排放特点,以高速煤粉燃烧器为研究对象,在型号为WNS的6 t/h蒸汽锅炉系统上进行试验研究,燃料为秸秆和神府烟煤混合粉体。首先研究混合燃料在高速煤粉燃烧器中的燃烧稳定性,其次研究掺混占比、锅炉负荷及空气分级对燃烧和NO_x的影响。研究结果表明:不对燃烧器做任何改动,不同占比的混合燃料均能够在燃烧器中着火和稳燃,工况4条件下锅炉从点火到额定负荷只需26 min,燃烧器观火孔处火焰橘红色,炉尾火焰亮红色,锅炉运行氧含量与炉膛压力波动平稳;当深度空气分级时,三次风达到总风量的质量浓度50%,秸秆占比为0时的NO_x最低排放质量浓度为420 mg/m~3左右,飞灰热值5 525 kJ/kg;秸秆占比分别为50%和70%时NO_x最低排放质量浓度为110～120 mg/m~3,飞灰热值2 511～2 930 kJ;秸秆占比为100%时NO_x最低排放质量浓度为200 mg/m~3,飞灰热值为0,表明大占比掺混生物质有利于提高深度空气分级时的燃烧效率和低氮效果;当锅炉负荷从4 t/h提高到6 t/h,掺混秸秆占比为50%和70%的混合燃料燃烧和低氮效果变优,燃用纯秸秆粉体NO_x排放质量浓度从135 mg/m~3增加到218 mg/m~3;二次风是影响NO_x排放的决定性因素,以50%掺混占比的混合燃料为例,使用空气分级技术,100%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为27%和100%,NO_x初始排放质量浓度从417 mg/m~3降低到182 mg/m~3,80%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为20%和70%,NO_x初始排放质量浓度从711 mg/m~3降低到205 mg/m~3。     

煤粉燃烧时富氧部分气化对NO_x生成的影响研究

燃煤锅炉运行中氮氧化物(NO_x)初始排放浓度高,影响其系统运行的经济性。为减少煤粉燃烧NO_x的生成量,从源头控制NO_x,提出了煤粉富氧部分气化耦合燃烧的低氮燃烧技术思路。煤粉在燃烧器内低过量空气系数和富氧气氛条件下生成强还原性气体,并通过炉膛分级配风实现控制煤粉燃烧初始NO_x排放的目的。数值模拟,气相反应模型采用有限速率/涡耗散(FR/ED)模型,考虑了煤粉在气化反应中涉及的反应动力学机理,更适合于煤粉富氧部分气化反应模拟。结果表明:采用氧体积分数为25.9%的富氧气氛时,燃烧器内反应进行程度明显提升,燃烧器内温度由897℃升至1 007℃,燃烧器出口温度由1 255℃升至1 356℃,CO体积分数由5.48%升至7.17%,碳转化率由61.54%升至86.27%。7 MW双锥燃烧器的富氧试验结果验证了数值模拟的结论,燃烧器内采用合适的氧浓度和过量空气系数,可形成强还原性气氛;燃烧器内过量空气系数越低,燃烧器出口CO和CH_4等还原性气体的浓度越高,燃烧器内空气中氧体积分数由21.0%升至28.3%时,燃烧器出口中心处CO体积分数由9.540%提高至20.258%,燃烧器出口NO_x生成量为0。工业现场试验结果表明,富氧部分气化和空气分级均能起到降低锅炉NO_x初始排放的作用,两者结合低氮效果更好,在富氧比例为28.3%、分级配风比例为41.2%时,锅炉NO_x初始排放质量浓度可由546 mg/m~3降至159 mg/m~3。     

低NO_x煤粉燃烧器技术研究进展

针对NO_x排放标准中50mg/m3超低排放限值的要求,阐述了燃煤锅炉降低NO_x的必要性。分浓淡分离燃烧型和阶段燃烧型2个类型综述了典型低NO_x旋流燃烧器的研究进展,并详细介绍了水平浓缩煤粉燃烧器、双分级低NO_x直流燃烧器、双调风旋流燃烧器、双锥燃烧器等燃烧器降低NO_x的原理及其技术特点。介绍了脉动燃烧和无焰燃烧2种未来可能应用于低氮燃烧器的燃烧新技术,指出NO_x煤粉燃烧器技术需与烟气后处理的非选择性催化还原和选择性催化还原等氮氧化物减排技术相结合,以进一步降低NO_x及减少后续烟气处理成本。     

我国煤粉工业锅炉技术现状及发展趋势

为提高煤粉工业锅炉燃煤效率,降低污染物排放量,对我国煤粉工业锅炉六大核心技术:煤粉制备与运输、煤粉安定存储技术、浓相煤粉输送技术、煤粉燃烧器、锅炉本体和低排放烟气净化技术进行了详细介绍;指出当前煤粉工业锅炉存在供料不稳、燃尽率低、组织燃烧困难和污染物排放高的问题。最后对保障煤粉工业锅炉安全稳定运行提出了以下建议:为了达到迅速点火和火焰稳定传播的目的,煤粉工业锅炉组织燃烧应采用煤粉浓相着火、稳燃室半煤气化燃烧和炉膛温和燃烧的方式;对于污染物控制,宜采用机械力除尘器和过滤式除尘器联合除尘、分级低氮燃烧耦合SNCR脱硝以及半干法脱硫技术。     

沥青搅拌站煤粉旋流燃烧室的数值模拟研究

燃煤加热节约沥青搅拌站的运行成本。设计了出力为4 t/h的煤粉旋流燃烧室及其加热系统,并对燃烧室开展数值模拟研究。结果表明,煤粉颗粒燃烧室内迅速着火燃烧,燃烧室内速度场和温度场分布较为对称;旋流燃烧室内流场由旋流燃烧器和切向喷入燃烧室的二次风共同主导,当燃烧室切向进入的二次风与中心射线的偏置角不小于60°,一次风率在0.15~0.20,旋流燃烧室内流场合理,煤粉的燃烧效率可达97%~99%,NO_x排放浓度在650 mg/Nm~3左右,具有较高的负荷调节能力。模拟结果论证了在沥青搅拌站上使用煤粉旋流燃烧的可行性并提供了一定设计指导。     

2×40 t/h燃煤锅炉烟气治理提标技术改造

以某焦化厂燃煤锅炉烟气提标改造为例,分析了SNCR-SCR联合脱硝及布袋、湿法联合除尘在燃煤锅炉上的应用。经过一年的运行分析,烟气NO_x平均浓度≤50 mg/Nm~3,烟气SO_2平均浓度≤150 mg/Nm~3,烟气颗粒物平均浓度≤25 mg/Nm~3,污染物含量低于大气特别排放标准。     

生物质/烟煤粉体燃料在空气分级燃烧下NO排放特性研究

为了对小型生物质/煤粉工业锅炉低氮燃烧提供理论指导,采用两段式滴管炉试验系统模拟粉体工业锅炉热态环境,研究了生物质与煤在不同配风燃烧方式下的NO排放特性,考察了掺混生物质种类、生物质质量掺混比、配风比、过量空气系数等因素对NO排放量、燃料氮转化率以及对燃烧效率的影响。结果表明:在分级配风和单级供风条件下,煤粉掺烧生物质粉都有助于降低燃料氮向NO的转化率。相对于单级供风,分级配风可以降低燃料氮向NO的转化率,且存在NO排放最低的最佳配风比。但分级配风对燃料燃尽有负面影响,分级配风对粉煤燃尽的影响程度要大于对生物质粉的影响程度。对于分级配风和单级供风,增加过量空气系数有助于各种燃料的燃尽,但各燃料氮转化率均随过量空气系数的增加而上升。     

我国预燃室旋流煤粉燃烧器研究进展

随着煤炭资源逐渐向集中-分布式能源利用体系方向发展,小规模煤粉工业锅炉系统在能源分布利用中将扮演至关重要的角色,但启停频繁、负荷调节宽泛等实际现状对其快速着火、稳定燃烧提出较高要求,同时燃烧温度低、火焰行程短等特点导致不易实现煤粉高效清洁燃烧,预燃室旋流燃烧器作为其核心燃烧装置是组织煤粉气流着火、稳燃低氮的重要基础。对预燃室旋流燃烧器的早期和目前研究应用进行回顾和论述,总结其共性和异性,随后给出未来发展研究趋势,为预燃室旋流燃烧器的设计开发提供启发思路。研究进展汇总表明:早期预燃室旋流燃烧器以一次风、粉旋流为主,多用于电站锅炉,为我国电力事业初期发展做出重要贡献;目前预燃室旋流燃烧器以二次风旋流为主,多用于煤粉工业锅炉,主要分类有钝体、分级、逆喷等结构特点,分别从强化回流、分级燃烧、逆向射流燃烧方面进行研究,具备一定高效低氮燃烧效果,为煤粉工业锅炉快速发展奠定基础;最后针对预燃室旋流燃烧器未来研究趋势提出粗细颗粒分离燃烧、预燃室结构形状、颗粒预燃室内停留时间3个方面研究内容,以促进煤粉工业锅炉强化高效低氮燃烧、拓宽负荷调节范围与提升煤种适用性。     

超临界锅炉劣质无烟煤燃烧NO x 释放特性的数值模拟

针对600 MW超临界W火焰锅炉,通过数值模拟的方法研究了煤粉浓度和燃烬风对劣质无烟煤燃烧NO x 释放特性的影响。结果表明,NO x 主要在煤粉燃烧前期距一次风喷口2~4 m处大量生成,选择合适的煤粉浓度,炉内NO x 最大值可下降16.5%;与常规浓度相比,高浓度煤粉燃烧可有效降低炉膛出口NO x 排放;燃烬风对炉内各物质含量及NO x 的生成影响显著,燃烬风率由6%增加到15%,炉膛出口NO x 排放量由756.0 mg/m 3 下降到502.9 mg/m 3。     

SOFA参数对W锅炉燃烧及NO_x排放影响的数值模拟

在一台600 MW的北京巴威W型(BW)火焰锅炉上采用了新型燃烧系统,在原始燃烧系统的基础上调整了二次风配比并且引入了燃尽(SOFA)风,该系统在大幅降低NO_x排放的同时能保证飞灰含碳量不会明显增加。研究目标是通过数值模拟的方法评估新型燃烧系统在不同SOFA风率和不同SOFA位置时的整体燃烧性能。为了更加准确的计算飞灰含碳量,采用了CBK焦炭燃烧模型。结果表明当SOFA风率从15%上升到20%时,氮氧化物由823 mg/m~3骤降至738 mg/m~3,飞灰含碳量仅增加了0.264%;而当SOFA风率从20%上升到25%时,氮氧化物仅降低了32 mg/m~3,飞灰含碳量却增加了0.41%。因此综合考虑NO_x排放和飞灰含碳量,SOFA风率取20%最为合理。对于SOFA风位置而言,从拱上3.0 m增加到6.0 m,NO_x排放略微减少,与此同时飞灰含碳量小幅增加。综合考虑经济性和NO_x排放,最优的SOFA布置位置在拱上5 m处。     

首台高效1050MW超超临界锅炉的设计及在万州电厂的应用

神华万州电厂2×1050MW机组锅炉在国内首次采用了29.4MPa/605℃/623℃高效超超临界参数。通过对锅炉结构的优化设计和运行的合理控制,实现了在现有成熟材料的基础上进一步提高锅炉蒸汽参数,达到再热汽温设计值623℃,提高了机组效率和电厂的经济性。采用了深度分级燃烧技术、燃烧器前后墙错层对冲布置以及空预器四分仓技术,实现高效燃烧并降低排放。合理的炉膛热负荷特性,降低结焦倾向,有良好的煤种适应性,并考虑了远期燃用准东煤。宽负荷运行特性,可在较低的工况下仍维持较高的锅炉效率和较低的NO_x排放,实现400MW深度调峰。该工程锅炉是目前世界最大容量的高效参数一次再热燃煤锅炉,将是未来一段时期内电站锅炉的主流炉型,也是现阶段超超临界锅炉技术发展现实有效的途径之一。     

我国已突破“吃干榨净”低阶煤关键技术

<正>近日,中国科学院工程热物理所廊坊研发中心传来喜讯,低阶煤分级转化关键技术瓶颈已被突破。研发团队经过36 h的连续试验,在热功率2 MW的预热燃烧中试装置上,实现了神木半焦燃烧效率98.65%、NOx原始排放浓度63 mg/Nm~3,     

660 MW火电机组低氮燃烧优化及数值模拟研究

为探究660 MW火电机组低氮燃烧的实现方法,将空气分级燃烧技术应用于火电机组CFB锅炉的燃烧控制中,并分析空气分级燃烧的合理参数。经数值模拟分析发现,一、二次风配风比,上下二次风配风比以及二次风入射角度均会对NO浓度值产生不同程度的影响。研究所建立的分级燃烧策略可降低炉膛出口NO浓度30%以上。     

20t/h卧式煤粉工业锅炉钝体燃烧器改造试验研究

为了解决20t/h卧式煤粉工业锅炉飞灰残碳高、炉膛压力波动剧烈等问题以提高锅炉燃烧效率和运行稳定性,通过在燃烧室中加装钝体并进行燃烧试验,研究加装钝体后对飞灰残碳和炉膛负压波动的影响。试验结果表明:燃烧器加装钝体后可稳定煤粉的着火过程及提高煤粉的燃尽率,改造后飞灰残碳下降约20%,炉膛负压波动范围缩小,可提升锅炉运行的稳定性。     

40t/h立式煤粉工业锅炉燃烧器改造试验研究

针对40t/h立式煤粉锅炉炉膛负压波动大、燃烧效率低等问题,对燃烧器实施了加装钝体强化燃烧的改造。加装钝体后,锅炉炉膛温度均匀且负压波动减小,残碳率由改造前的18.63%下降至8.55%,说明钝体稳燃技术可有效地改善立式煤粉工业锅炉中煤粉的燃烧进程。     

锅炉结构和型式对氮氧化物排放浓度影响的试验

利用不同炉型和燃烧器型式锅炉NO_x排放浓度测量数据，分析了锅炉结构和燃烧器型式对NO_x排放浓度的影响.“W”火焰锅炉NO_x排放浓度最高，其次是四角切圆直流燃烧器锅炉；采用低NO_x燃烧技术的旋流燃烧器锅炉其NO_x排放浓度低于四角切圆燃烧锅炉；循环流化床锅炉由于燃烧温度低，其NO_x排放浓度最低；烧烟煤的四角切圆燃烧锅炉的NO_x排放浓度低于贫煤锅炉.对现有锅炉燃烧器进行改造，可以同时实现锅炉稳燃，提高燃烧效率，降低NO_x排放的目的.     

新型半干法烟气脱硫技术在煤粉锅炉上的工业应用

从脱硫原理、工艺流程等方面介绍适用于煤粉锅炉脱硫的新型半干法烟气脱硫技术,剖析了粉煤灰增湿循环、添加脱硫剂情况下煤粉工业锅炉的工业化运行状况,通过监测工业运行中的实际脱硫效率及其对比分析,摸索出最佳工业化运行参数:当增湿水量在686kg/h时添加少量脱硫剂,可使SO_2排放值稳定在300mg/m~3以下,满足地方环保排放标准;新型半干法脱硫技术的脱硫效率可达90%以上,若能控制原料煤的硫含量,则可在仅增大增湿水量的条件下满足地方排放标准。     

工业煤粉锅炉控制系统的开发及应用

随着近几年节能环保的提倡,提高工业锅炉热效率是其中重要的部分,中小型工业煤粉锅炉是近几年出现的较为高效的燃煤工业锅炉,该锅炉对200目煤粉的稳定燃烧有很高的要求,同时新增辅机配套单元。针对工业煤粉锅炉的特点,开发了一套工业煤粉锅炉控制系统。该控制系统特点主要有:储粉、供粉控制、煤粉燃烧控制和燃烧诊断控制,从而保障了工业煤粉锅炉安全、稳定、高效的运行。     

煤粉燃烧中NO_x的预测:参数数据库及CFD实践

在前期工作中开发了新的煤粉燃烧NO_x预测模型,使用CO,H2浓度表征碳氢化合物含量来刻画NO_x的均相还原,编写程序以UDF的形式将NO_x模型、包含气化反应的焦炭燃烧模型嵌入Fluent中,实现新的NO_x模型与先进湍流、辐射换热模型的耦合计算。在此基础上,进一步改造完善沉降炉、一维炉实验平台,开展不同煤种、不同工况下的燃烧实验,获得高质量的实验数据。使用新的NO_x预测模型对各工况进行模拟、对比,建立适用于不同煤种的模型参数数据库。最后将新的NO_x模型及参数数据库应用于四角切圆锅炉、对冲火焰锅炉以及W火焰锅炉的CFD计算中。结果表明新的NO_x模型可以合理预测不同煤种、不同炉型、不同运行条件下NO_x的生成与还原,这就为锅炉、燃烧器的低NO_x设计、改造与优化奠定了基础。