生物质再燃脱硝特性的试验研究

采用锅炉燃烧模拟装置试验研究了4种生物质的再燃脱硝性能,以及工况参数对脱硝效率的影响.借助热分析法研究了生物质燃烧特性.结果表明：明显影响脱硝性能的燃烧特性参数包括着火点、挥发分燃烧温度及其放热量.着火温度低、挥发分放热大的草本类生物质对应最佳再燃温度较低,脱硝性能较好.得到生物质再燃适宜的工况参数：再燃温度为950～1 050 ℃,再燃比为15%～25%,再燃过量空气系数为0.6～0.8,停留时间为1 s左右.在一定工况下,减小燃料粒径,增加停留时间、较高的初始氮氧化物浓度都会相应提高脱硝效率.再燃比15%的典型工况下,生物质再燃脱硝效率达到54%～67%.     

天然气/液化气先进再燃脱硝特性研究

利用自行研制的可燃气体再燃脱硝实验台，在先进再燃脱硝的典型影响因素条件下比较了两种再燃燃料的脱硝特性.实验燃料先进再燃脱硝时均存在最佳过量空气系数、最佳NH₃/NO摩尔比；1 050,1 150 ℃时脱硝效率随再燃气/NO摩尔比增加而提高，而1 200 ℃时脱硝效率随天然气/NO比增加先升高后降低，实验最佳天然气/NO比为3.63；天然气/液化气先进再燃时再燃区最佳温度分别为1 250 ℃与1 050 ℃，再燃区温度高于1 150 ℃时选择天然气为再燃燃料，反之选择液化气；从停留时间上考虑应优先选择天然气作为再燃燃料.     

煤粉气化合成气再燃降低NOx排放的特性研究

通过数值模拟和实验方法研究了煤粉气化合成气的再燃脱硝能力,先后探讨了再燃区温度、再燃区停留时间、再燃燃料比例和过量空气系数等关键因素对降低NOx排放的影响规律。研究结果表明,煤粉气化合成气的再燃脱硝能力随着温度的升高而加强;随着再燃区停留时间的增加而加强,当停留时间超过08 s后,NOx的还原效率提高幅度趋于平缓;随着再燃燃料比例的增加而增强,超过20%后NOx还原效率提高的幅度变缓;随着再燃区过量空气系数的增加,合成气的脱硝效果逐渐降低。     

褐煤再燃/先进再燃脱硝特性

利用多功能脱硝实验台,研究了典型再燃参数对褐煤再燃脱硝的影响规律,并考察了氨基还原剂和Na2CO3添加剂对褐煤再燃脱硝的促进作用。研究结果表明：褐煤再燃能够取得较高的再燃脱硝效率,在1 323 K再燃温度下,再燃比25%褐煤再燃脱硝效率为76.5%;褐煤再燃存在合适的再燃比、再燃停留时间、再燃区过量空气系数和再燃温度,其值分别为20%～25%、0.81 s、0.6～0.8和1 273～1 323 K;在再燃区中喷入一定量的氨水能提高褐煤再燃脱硝效率,褐煤先进再燃脱硝效率随再燃温度升高先增加后降低,在1 323 K再燃温度下,褐煤先进再燃能获得82.2%的脱硝效率;Na2CO3添加剂使得褐煤氨基先进再燃脱硝效率进一步升高,在1 323 K再燃温度下,喷入473 mg/m3 Na2CO3添加剂后,褐煤先进再燃脱硝效率由82.2%增至85.9%。     

丙酸钙再燃的脱硝特性

在沉降炉实验台上系统地研究了丙酸钙的再燃脱硝特性。丙酸钙基本再燃可以取得与液化石油气相当的脱硝效率。实验结果表明：在973~1 323 K,丙酸钙基本再燃的脱硝效率与温度同步升高,最高为79.65%,此后进一步升高温度,效率提高不明显;为保证基本再燃较高的脱硝效率,烟气中初始氧浓度不宜超过5%,再燃比应在25%附近,同时停留时间应保证在0.7 s左右。单独喷氨气的选择性非催化还原能取得的最高脱硝效率为1 273 K时的85.34%,但“温度窗口”较窄,为1 215~1 341 K,适宜氨氮摩尔比为1.75~2.00。在先进再燃过程中,由于丙酸钙和氨气存在协同的脱硝作用,这两种试剂的所需加入量大大减少,当再燃比为19.83%,氨氮摩尔比为0.8时,其最高效率可达到93.37%,同时“温度窗口”拓宽为1 195~1 355 K,而且在2%~6%的氧浓度范围内,先进再燃均能保持较高的脱硝效率。     

生物质废弃物的再燃脱硝实验研究

利用模拟烟气在两段式管式炉中对树皮、锯末、污泥等生物质废弃物的再燃脱硝特性进行了实验研究,在再燃和燃烬温度分别为1 250,1 150 ℃下进行再燃+燃烬两段完整的热态脱硝实验。结果表明,再燃时的空气系数在0.90～0.95时,树皮、锯末、污泥等生物质废弃物的再燃脱硝效率可达90%。对再燃中间产物HCN/NH 3 的生成特点进行了检测,并采用Fe 2 O 3 来控制HCN/NH 3 的生成,进一步完成了Fe 2 O 3 与上述燃料混合后的再燃+燃烬脱硝实验。结果表明,当Fe 2 O 3 的摩尔比超过4×10 -3 时,造纸污泥和锯末的再燃+燃烬的最终脱硝效率超过70%,并逐渐接近天然气在相同条件下的脱硝效率,表明这些废弃物可以作为替代再燃燃料。     

煤粉粒度对超细煤粉再燃脱硝效率影响的数值模拟

借助CFD计算软件Fluent 6.1,对全尺寸四角切圆锅炉超细煤粉再燃烧过程进行了三维数值模拟.以烟煤的超细煤粉作为再燃燃料,研究了NO_x排放随再燃煤粉粒径、再燃区过量空气系数及再燃量的变化规律,并给出了不同再燃煤粉粒径工况下炉膛中心截面上NO_x浓度分布.结果表明,对于不同粒度的再燃燃料,再燃区过量空气系数存在同一最佳值,在0.8～0.9之间;脱氮率随着再燃量的增加而增大,最佳再燃量为20%;再燃煤粉越细,对NO_x的还原作用越强,最佳再燃燃料平均粒径为20 μm.     

丙酸钙高温协同脱硫脱硝的试验研究

在管式炉反应器上对丙酸钙高温条件下脱硫脱硝效果进行了试验研究。试验结果表明,煤中添加丙酸钙燃烧,硫、氮析出速率明显降低,SO2、NO排放量显著减少,1 000 ℃、按钙硫比为2的量向聊城贫煤中添加丙酸钙,单位质量煤粉SO2、NO排放量分别减少了6466%和4869%;脱硫脱硝效果受燃烧温度、煤的含硫量、钙硫比的影响;低温有利于脱硫,高温有利于脱硝;在相同钙硫比添加量下,煤种含硫量越高,丙酸钙脱硫脱硝效果越好;增大钙硫比可提高脱硫脱硝率,按钙硫比为2可以获得较为理想的脱硫脱硝率,继续添加丙酸钙,脱除效率提高不明显。     

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。     

液态添加剂对CFB锅炉SNCR脱硝的影响

为提高SNCR脱硝技术在低温下的脱硝效率,选取乙醇、NaCl、Na OH三种液态物质作为添加剂,在小型机理脱硝实验台和中等规模脱硝实验台上开展了研究。研究结果表明,小型实验台上,650℃、添加剂加入比例0~0.6条件下,乙醇可将脱硝效率从5%提升到45%,微量的(20×10-6)NaCl可以提高800℃以上的脱硝效率。在中等规模脱硝实验台上,乙醇因具有最佳的混合条件不同温度下对脱硝的促进作用差异明显,NaCl,NaOH因床料含有Na对脱硝无明显促进作用。添加剂与还原剂混合条件、床料成分等会使添加剂在CFB锅炉实际使用过程中产生与机理实验相差较大的结果。     

中国褐煤及低阶烟煤利用与提质技术开发

介绍了中国褐煤及低阶烟煤的资源特征及加工利用现状,指出了褐煤对现代燃烧、气化技术的适应性方面存在的问题,分析了近年来发展迅速的褐煤脱水、提质等技术以及低变质烟煤制浆、热解、增塑技术的发展现状,指出了今后中国褐煤及低阶烟煤提质技术开发的重点方向。     

褐煤动力配煤研究与分析

将褐煤掺配入烟煤中,研究了其主要煤质指标变化规律,分析了预测配煤煤质的影响因素.研究结果表明,在进行褐煤动力配煤时,由于水分因易受环境影响而不具有加和性,所以对预测配煤性质(水分、可磨性等)的影响尤其明显,但灰分、挥发分、全硫和高位发热量在干燥基基准下表现出了较好的线性加和性.通过热重分析,研究了动力配煤燃烧性能变化规律.试验结果表明,中等挥发分的烟煤掺配入一定量的高挥发分褐煤,能明显降低着火温度和燃尽温度.     

加压气化炉给料系统变水分输送特性

在高压浓相输送试验台上进行煤粉输送试验,考察煤粉含水率对压损特性、质量流量的影响规律。结果表明：随着含水率的增加,褐煤的质量流量逐渐减小,烟煤的质量流量先增大后减小,相同含水率下褐煤的流动性较好。     

氯盐复合阻化剂对不同煤样自燃阻化效果的研究

以内蒙古褐煤、大同烟煤、黑龙江无烟煤三种变质程度不同的原煤样和经复合阻化溶液处理过后的煤样为试验对象，通过实验测定与动力学分析，对比复合阻化剂对三种煤样的阻化效果，研究表明，复合阻化剂能够有效抑制大同烟煤的氧化反应，增加煤体的活化能，对其的阻化效果远远高于其他两种煤样。     

不同煤阶煤分子表面吸附水分子的机理

采用量子化学方法中包含色散矫正的密度泛函理论(DFT-D3),对4种不同煤阶(无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤)的煤分子表面吸附水分子的微观机理进行研究。通过优化煤分子表面吸附水分子的平衡构型,对煤分子表面进行静电势分析,计算相互作用能,并通过约化密度梯度(RDG)判断水分子在不同煤阶煤分子表面的作用类型。研究表明,煤分子与水分子间最大相互作用能为-11.91 kcal/mol,煤吸附水的过程属于物理吸附,且相互作用能的大小由弱相互作用力的类型和作用力个数共同决定。褐煤具有较大静电势的分子表面积最多,褐煤更易与极性水分子形成相互作用。4种不同煤阶煤分子吸附水分子的最大相互作用能大小顺序为:褐煤次烟煤烟煤无烟煤。各煤阶最大相互作用能对应的平衡吸附构型下煤分子与水分子的作用类型依次为:范德华作用力,氢键作用,氢键与范德华作用力的共同作用,两个氢键的共同作用。     

褐煤变质为烟煤过程的影响因素分析

阐述了褐煤向烟煤变质过程中的影响因素,特别是对变质条件进行了详细分析,得出如下结论:温度、压力和时间作为外部的物理化学条件在褐煤变质为烟煤的过程中起着关键性作用,其中温度是最重要的条件;放射性活动以及同沉积构造也在特定的情况下对变质过程有所影响;此外,作为内部因素,成煤原始植物的差异对褐煤变质为烟煤的影响也是不可忽视的。     

蒙东区褐煤资源分布及其开发利用战略研究

中国煤炭资源丰富,在全球占有重要地位,资源总量居世界第二。资源分布相对集中,主要分布在内蒙、新疆、山西和陕西等西北地区,表现为西多东少、北多南少的特点,按煤类来看,我国煤炭种类齐全,从低变质的褐煤到高变质的无烟煤都,其中烟煤占比最大达到75%,褐煤和无烟煤所占比例分别为12%和13%,虽然我国煤炭资源丰富,但优质煤炭资源短缺,而低阶煤资源丰富,随着东部煤炭资源的开发和优质煤炭的利用,中国对褐煤的开发利用将愈加重视,而蒙东区是褐煤的主要分布区及生产地,褐煤资源储量较大,但其开发利用面临一系列问题,内蒙古的产煤量虽然是全国第一,但内蒙本地耗煤量很少,主要是输出到其他地区,造成严重的资源浪费,随着现代经济的发展及人们对生态环境的关注和对可持续发展的认识,煤炭以及低阶煤的清洁高效利用也越来越受到关注。本文着重对内蒙古褐煤资源分布及开发现状的研究,采用STOW分析法,通过对蒙东区褐煤清洁利用所面对的优势、劣势、机会和威胁进行分析,得出蒙东区褐煤清洁利用发展外部机遇好、内部煤炭资源优势明显,在现有条件基础下,充分发挥本地褐煤资源优势,推动区域经济发展,同时要注重对优秀领域人才的引进。     

煤热化学性质的量子化学研究

针对不同煤阶的典型煤种褐煤、次烟煤、高挥发分烟煤、低挥发分烟煤和无烟煤,构建了9种分子结构模型,采用量子化学密度泛函计算方法,研究了煤的稳定性、发热量和燃烧反应热力学函数等热化学性质.结果显示,煤大分子在含碳量为85%附近具有较低的单位结合能、较高的发热量和反应活性.     

煤中可溶性有机质荧光光谱特征及其对微量元素赋存的影响

煤中微量元素的赋存状态有多种形式,其中大部分微量元素都能与煤中有机质结合。煤中有机质的含量与煤的煤化程度有一定联系。实验选取了褐煤、烟煤、无烟煤3种共7个煤样进行分析,采用ICP-AES方法测定了煤中微量元素含量,采用三维荧光光谱仪分析了3种煤的可溶性有机质(DOM)的荧光光谱特征,并运用平行因子法对荧光数据进行了深入分析,探讨了煤中溶解性有机质与煤中微量元素赋存形态之间的关系。结果表明,煤中不同微量元素在褐煤、烟煤、无烟煤中的分布有差异,As,Mg,Cd,Mn在褐煤中含量最高,Li,Sr在无烟煤中含量最高,而Cu,Co在3种煤中含量差异不明显。褐煤中可溶性有机质以腐殖酸类为主,烟煤的荧光基团有腐殖类和类蛋白类,而无烟煤中未能检测出荧光峰。荧光强度亦随着煤化程度的递增呈现递减。煤中As和Mg的赋存与煤中可溶性有机质可能存在着一定联系,即煤中可溶性腐殖酸荧光强度越大,As和Mg越丰富,而Li和Sr则相反。