深度空气分级对旋风燃烧锅炉NOx释放影响研究

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉局部高温以及NO_x排放高等问题，通过ANSYS软件数值研究了不同深度空气分级方案对旋风液态排渣锅炉炉内温度场、组分场及NO_x浓度分布的影响。研究结果表明：深度空气分级燃烧不同工况设置合理，形成了良好的富燃料的主燃区与富氧燃尽区，炉内燃烧稳定，旋风燃烧器逆向布置可促进煤粉燃尽，提高锅炉效率。不同深度空气分级工况下，炉内各组分分布特性一致。同时确定了主燃区最佳过量空气系数为0.85,燃尽风量选用逐层降低布置可实现最佳低氮排放，炉膛出口烟温最低为1 375.45 K,炉膛出口NO_x浓度最低为391.14 mg/m³。     

层燃锅炉横向空气分级脱硝技术的试验研究

与大多数燃煤层燃锅炉炉膛装有纵向空气分级脱硝工艺不同,尝试在炉排上实现横向的空气分级技术,即使用一次风不均匀配置,减少中心火焰段的供风量,减少量补充到炉床后段,在高温火焰段创造深度还原性气氛,再通过侧壁上的烟气循环射流,让热解气与燃料层有更长的接触停留时间,实现燃料型NO_x排放的降低。该技术在某46 MW燃煤层燃锅炉上进行尝试,试验结果展示：燃烧室中炉排上火焰被拉长,火焰峰值温度的位置由距前墙2.62 m延后至3.52 m处,火焰中出现高CO浓度的还原区。炉排上NO_x的峰值浓度从改造前的535 mg/m³降低至322 mg/m³。尾部烟气中NO_x浓度从350 mg/m³左右降低至260～290 mg/m³,实现脱硝效率17.1%～25.7%。改造对大渣燃尽率、锅炉功率、炉内烟气温度等没有影响。该技术对于层燃锅炉实现炉内火焰脱硝有一定的工业指导意义。     

不同比例生物柴油在工业锅炉中燃烧特性的数值模拟研究

为得到不同调和比例的生物柴油在炉膛内的燃烧过程、辐射换热能力、温度分布和燃烧后产物的浓度分布,并为研发新设备和优化已有的燃烧换热设备提供数据支撑,采用数值模拟的方法,针对生物柴油与石化柴油的混合燃料,在10%,30%,50%和100%4种不同调和比例下研究了其在工业锅炉中的燃烧特性。计算结果表明：不同调和比例的生物柴油在炉膛内燃烧过程有明显的差异,随着生物柴油比例的升高,炉膛内燃烧中心的最高温度分别为2 093,1 970,1 622和1 704 K,火焰的形状有增大的趋势,火焰中心在炉膛内的相对位置也有向炉膛尾部移动的趋势,且B50和B100生物柴油的燃烧区域有不稳定燃烧现象的出现;烟气温度是影响炉膛内表面辐射换热能力的主要参数;不同调和比例生物柴油燃烧后对应的最高NO_x浓度分别为：132,18.8,0.62和4.95 mg/m³,提高生物柴油的调和比例可以有效地降低炉膛的NO_x的排放。     

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NOx排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_x排放特性和影响NO_x生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究．结果表明：在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_x排放可降至54×10^-6(15%O₂).H+O₂(+M)=HO₂(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_x排放的关键反应．燃烧压力的升高会促进NO与HO₂反应并转化为NO₂．对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%～80%)会导致NO_x排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%～55%)则有利于实现较低的NO_x排放(54×10^-6～86×10^-6 (15%O₂...     

旋流预混燃烧室燃烧特性及排放特性的数值模拟研究

为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明：在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比增大易引发回火,燃烧温度更高,同时NO_x排放指数增大,增加预混气质量流量,可在一定程度上提高回/熄火极限;当量比固定,增加预混气进气质量流量可避免潜在的回火现象,且NO_x排放指数线性降低;旋流器的旋流数增大能形成强旋流,稳定火焰,降低NO_x排放指数,但过大的旋流强度会引发回火现象;相比于甲烷/空气预混燃烧,丙烷/空气预混燃烧温度偏高,NO_x排放指数较大,但回熄火边界更宽,对应更广阔的稳定燃烧区间。     

掺混孔结构对燃烧室性能影响研究

针对燃气轮机NO_x排放较高的问题,试验研究了某型燃气轮机火焰筒掺混孔前移后,点火、熄火、污染物排放及出口温度场等燃烧性能。研究结果表明：将火焰筒掺混孔前移20 mm至第2道冷却气膜后,贫油点火油气比由0.023 35～0.033 02增加到0.024 46～0.036 33;熄火油气比由0.005 18～0.006 88增加到0.005 90～0.007 17;污染物排放中CO由969.54增加到1 090.45 mg/m³;UHC（未燃碳氢）由116.93增加到145.91 mg/m³;NO_x由163.85降低到87.0 mg/m³;出口温度分布系数由0.225 5增加到0.244 9。通过调整掺混孔孔径比,温度分布系数降低至0.229 2,接近原型水平,可以实现较低NO_x排放。     

大型炉排炉清洁高效燃烧的问题剖析与实炉优化

大型炉排炉被广泛应用于生物质及生活垃圾的能源化转化,但由于其设计和运行仍处于工程经验探索阶段,实际运行过程中,存在过量空气系数大、气固相燃尽差、NO_x原始排放高等问题。针对炉排炉复杂的层燃反应过程,构建了大颗粒转化模型和多成分并行颗粒层燃模型,实现对炉排炉燃烧过程的精细化数值模拟。并通过与实验结果进行对比,验证模型的精度。利用数值模拟方法,分别针对生活垃圾和农业秸秆的大型炉排炉进行了实炉分析与优化,并根据表面着火和底部着火2种层燃模式,进行了现场运行调整。结果表明：某中拱型垃圾焚烧炉的炉膛局部高温和NO_x排放较高的问题,源自于前后侧烟道的组分分布、燃烧和还原反应与设计预期的偏离,运行优化后消除了实炉的局部高温,NO_x排放亦显著下降,所提出的结构改进方案可使NO_x原始排放降低至26.8 mg/m³;某秸秆振动炉排发电锅炉的床层和气相燃烧效率低的问题,源自于大一次风的对流冷却作用和炉膛内的“烟囱流”现象,运行优化后实炉CO排放大幅减少,发电负荷显著上升。     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

油风和周界风对W火焰锅炉燃烧影响数值模拟研究

对某台300 MW W火焰锅炉进行超低排放改造,改造采用新型低NO_x燃烧系统,采用数值模拟方法研究了不同周界风及油风风率对锅炉燃烧特性影响。数值模拟结果表明：随着周界风/油风比率的减小,拱上煤粉气流下冲深度增大,炉内火焰充满程度变好;煤粉气流着火距离变短,燃尽率提高,飞灰含碳量降低,炉膛出口NO_x浓度降低。优化的技术方案实施后,第三方试验结果表明各负荷下锅炉NO_x排放质量浓度均在700 mg/m³以内,飞灰可燃物含量均在4%以内,高负荷下减温水量虽高于保证值,但较改造前大幅度下降。     

低氮燃气燃烧器在电站快启炉改造上的试验分析

介绍了低氮燃气燃烧器在电站快启炉改造上的CFD仿真优化、试验分析及降低NO_x排放浓度的方法和稳定燃烧的机理。试验证明采用烟气再循环的大型低氮燃气燃烧器,通过合理结构和喷嘴布置,能够降低NO_x排放质量浓度到50 mg/m³以下,同时保证正常的烟气含氧量和燃烧效率,满足锅炉各项技术参数的要求。     

循环流化床锅炉原位脱硝技术工业应用试验

通过向循环流化床锅炉加入脱硝催化剂,利用炉膛内部存在的还原性气氛,在炉膛内部将烟气中的NO催化还原成N₂,实现炉内原位脱硝。工业应用试验结果表明：通过向某循环流化床锅炉炉膛投加CFB-DeNO_x脱硝催化剂,可有效降低炉膛内烟气中NO_x浓度。当锅炉内脱硝催化剂藏量占锅炉床料总量的5%(质量分数)时,锅炉中NO_x浓度降低55.0%～70.2%,可减少后部SNCR脱硝单元负荷85%,减少臭氧催化氧化脱硝单元负荷30%。投加脱硝催化剂后,飞灰中含碳量有所降低,表明脱硝剂对锅炉热效率无负面影响,且有利于提高燃料燃烧效率。加入脱硝催化剂后,锅炉运行正常;SO₂含量、石灰石用量随燃煤硫含量在正常范围内变化,烟囱出口SO₂含量低于5mg/m³;表明脱催化剂对锅炉运行和SO₂排放没有负面影响。     

空气旋流数对甲烷燃烧NOx生成影响数值模拟研究

为研究甲烷-空气非预混燃烧下空气旋流数对流动特性、温度分布及其对污染物NOx生成的影响,利用CFD软件,采用标准的k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡流耗散模型进行数值模拟。结果表明：空气旋流数从0提高到0.8的过程中,形成的中心内回流区会强化燃料和空气混合,中心火焰向燃烧室两侧逐渐扩散,火焰长度变短,且高温区移动到燃烧室的前端,局部高温的产生得到了抑制,燃烧室内的温度场更加均匀,进而导致NOx生成量的下降。同时研究燃烧器几何尺寸对气体停留时间及NOx排放浓度的影响,发现缩小空气入口孔隙半径r和燃空径向隔板间距L会导致气流速度增大,促进反应更快地弥散到整个空间,能够进一步抑制NOx的产生。     

燃煤锅炉采用深度空气分级技术的数值模拟研究

针对75 t/h燃煤四角切向燃烧电站锅炉,为了提高NO_x减排效果,采用数值模拟方法,研究了深度空气分级技术的影响。模拟结果表明：20%燃尽风率下,使用一层燃尽风喷口,会提高射流刚性,新风气流更多分布在靠墙位置,有利于焦炭与CO的燃尽,以及NO_x减排;随着燃尽风量比例提升,锅炉出口(折焰角)的烟气温度提升约50℃,且CO未燃尽量略增加,这些影响在允许范围内;40%燃尽风率工况是NO_x控制的最佳工况,NO_x从原先的448 mg/m³降低到259 mg/m³,这与火焰被拉长、整体火焰温度均匀、还原区范围加大等有关。研究为深度空气分级技术的特点与应用提供了一定的理论支持。     

新型直流燃烧器燃烧性能的数值模拟分析

为了解决超低负荷下煤粉燃烧器的稳燃和NO_x排放等问题,研发了一种新型直流煤粉燃烧器,通过数值模拟分析发现该燃烧器具有高浓缩比的特点,出口N 0X排放浓度在180mg/m³(02=6%)以内,同时喷口处能够形成稳定的回流区,保证了煤粉着火的稳定性,可见该新型燃烧器具有良好的低NO_x排放及稳燃特性。     

燃气锅炉轴向空气分级燃烧NOx生成特性研究

通过实验与数值模拟研究了轴向空气分级对甲烷燃烧过程NO_x生成的影响,并在一台45 t/h燃气锅炉上进行了工程验证。结果表明,一次风过量空气系数0.8、还原区停留时间为1 s时,NO_x排放浓度可降低30%。工业现场试验表明联合采用低氮燃烧器、空气分级和烟气再循环等技术后NO_x减排达80%以上。     

天然气锅炉NOx及CO排放控制试验研究

为了响应政府业及民用天然气锅炉达到超低氮排放,要求绝大多数天然气锅炉采用低氮燃烧器+烟气再循环系统的技术路线,实施后普遍出现NO_x、CO含量偏高、炉膛振动较大等问题。借助116 MW天然气锅炉进行试验研究,研究了燃烧器燃料配比、燃烧火焰长度、助燃空气氧含量三个因素对NO_x及CO的影响,并对投入烟气再循环前后炉膛振动情况进行了检测。试验表明:燃烧器燃料内外配比对NO_x、CO生成影响较大,两者呈现相反趋势变化;燃烧火焰长度对NO_x生成影响较大,对CO含量影响较小;助燃空气氧含量对NO_x、CO生成以及锅炉振动影响较大。三种影响因素相比,助燃空气氧含量影响更为突出。     

燃机电厂NOx排放过高的分析与优化研究

对燃机电厂NO_x排放过高的原因进行深入分析,对比空气湿度、机组负荷和天然气热值对燃机电厂NO_x排放的影响,据此制定有效的优化改造方案。结果显示：空气湿度较大时,机组NO_x排放降低;天然气热值较高时,NO_x的排放量相应增加。通过烟气加装脱硝装置、燃机进气喷雾加湿改造以及燃机预混旋流片改造,均能有效降低NO_x排放。     

市政污泥流化床掺烧生物质的NO与SO2排放特性研究

为了探究市政污泥燃烧过程中的气态污染物排放特性,在30 kW鼓泡流化床实验台上进行了市政污泥的燃烧实验,研究燃烧温度、二次风率、秸秆掺混比等参数对气态污染物排放特性的影响。结果表明：燃烧温度的升高会显著提高NO与SO₂的排放;提高二次风率使NO排放浓度减少,SO₂排放浓度增加;由于生物质中较低的N、S含量以及生物质与污泥燃烧的协同作用,污泥掺烧生物质能够有效地减少NO与SO₂的排放;秸秆占比由0提升至40%,NO由289 mg/m³下降至140 mg/m³,而SO₂排放浓度也从3 949 mg/m³下降至1 725 mg/m³;污泥掺烧秸秆时,NO与SO₂的整体排放特性与污泥单独焚烧相似,掺烧秸秆能够加快整体的燃烧速率,并加强燃烧气氛的氧化性,进而影响气态污染物的排放。     

130 t/h循环流化床飞灰残炭炉设计与运行

煤气化工艺产生的气化残炭挥发分极低,固定碳含量高,水分几乎为零,常规燃烧技术难以利用,利用循环流化床实现气化残炭高效洁净燃烧是一种有效途径。针对中国科学院工程热物理研究的残炭燃烧技术建立的130 t/h气化残炭循环流化床锅炉开展性能测试,通过考察沿炉膛高度方向的温度分布和变化规律、旋风分离器差压、残炭炉的燃烧效率以及NO_x原始排放数据分析了残炭炉的运行特性。结果表明：130 t/h飞灰残炭炉在床温超过850℃时可实现气化残炭稳定燃烧,整个底部床面进行预热燃料,在二次风的分级配风下直接燃烧,床温分布均匀,燃烧效率可达97%以上;一次风当量比为0.3的条件下,残炭炉可稳定运行,负荷80%以上尾部烟道飞灰含碳量低于6%;残炭炉运行中炉内NO的转化率较低,NO_x原始排放小于100 mg/m³。     

煤粉富氧燃烧CO2富集特性与NOx生成量模拟预测研究

分析了富氧下的煤粉燃烧特性、CO₂富集特性和NO_x生成特性,并模拟了CO₂富集和NO_x生成量的协同控制趋势。结果表明：与空气燃烧相比,富氧燃烧条件下CO₂富集分布与NO_x体积分数分布是负协同效应;不同O₂/CO₂体积分数比的富氧下,随着O₂体积分数的增加,炉膛出口的CO₂体积分数和NO_x体积分数都先上升到最大值后稍微下降,呈正协同效应,但出现拐点的O₂体积分数不同;CO₂富集到一定程度时,能有效抑制NO_x的生成量;在富氧条件下,可实现炉膛出口的高CO₂富集与低NO_x生成量的协同控制技术。