350 MW超临界循环流化床锅炉SO2、NOx及粉尘排放特性试验

为了解煤泥、煤矸石等多元低热值煤掺烧下CFB锅炉污染物生成排放特性，以某电厂350 MW超临界CFB锅炉为研究对象，基于现场运行实测数据，研究了该锅炉在30%～99%负荷率下烟气SO₂、NO_x生成及粉尘排放随负荷变化的特性，并分析了锅炉运行负荷、平均床温、过量空气系数及流化风率等关键运行参数对其生成与排放水平的影响。试验结果表明，该机组在30%～99%全负荷条件下总排放口烟气污染物排放均能够满足超低排放标准；SO₂、NO_x排放浓度随锅炉负荷的降低基本呈现先降低后迅速升高的趋势，粉尘排放浓度随锅炉负荷的降低而降低；所研究关键运行参数中，锅炉床温对SO₂、NO_x生成与排放水平起主导作用；低负荷下锅炉平均床温较低、炉膛过量空气系数较大，SO₂、NO_x生成浓度偏高，且二者排放浓度与过量空气系数及流化风率基本呈正相关。综合考虑，应适当控制锅炉平均床温在800℃以上，过量空气系数应不高于1.3为宜；低负荷下可采取烟气再循环措...     

流化床中燃烧高水高氮酒糟的NO排放特性

采用流化床反应器,研究富水蒸气条件下酒糟燃烧的NO排放特性。结果表明,增加过量空气系数和升高燃烧温度,NO排放浓度升高;对送入燃烧反应器的气体中添加水蒸气模拟高水分燃料燃烧有效地降低了酒糟燃烧的NO排放浓度及总排放量,且在适当条件下可减少NO排放约46%(质量)。酒糟灰分中的金属氧化物对NO的还原有催化作用,且随着温度的升高变强。在含H₂或CO的N₂气氛中,灰分对NO催化还原作用更明显。水蒸气本身对NO没有明显还原作用,说明水蒸气是通过与碳氢化合物反应生成还原性气体,如H₂和CO,从而在酒糟灰催化作用下强化NO的还原。     

高含水菌渣流化床燃烧NOx、SO2排放特性

采用流化床反应器，研究了高含水抗生素菌渣直接燃烧的NO_x、SO₂排放特性。结果表明，增加过量空气系数，NO_x排放浓度升高，SO₂排放浓度降低；升高燃烧温度，NO_x及SO₂排放浓度均升高；随着燃料含水率的增加，NO_x及SO₂排放浓度均呈现先降低后升高的趋势。空气分级燃烧能有效降低NO_x排放，二次风率增加，NO_x排放浓度显著降低；当二次风率为3/7时，NO_x排放浓度较传统燃烧降低50%。添加CaCO₃进行炉内脱硫，实验结果显示：随钙硫摩尔比（Ca/S）增加，SO₂排放浓度下降，当Ca/S 3时，SO₂排放浓度降低到25 mg·m^-3以下，脱硫效率超过99%。     

水蒸气纯氧条件下合成气燃烧特性

水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注,对合成气在水蒸气纯氧条件下的燃烧特性进行了实验研究。在扩散燃烧实验台上测量了H₂O/O₂为2.0时,燃烧室中心气体成分和火焰温度随停留时间的变化规律,分析了过量氧气系数对合成气水蒸气纯氧燃烧过程的影响。研究结果表明:过量氧气系数为0时,H₂和CO的燃烧主要在前28 ms内,H₂的燃烧速率较快,能够快速燃尽;CO燃烧较慢,燃烧室出口含量依然很高。过量氧气系数从0增大到10%时,CO的浓度整体降低,燃烧速率提高,燃烧前期火焰温度提高。燃烧室出口CO浓度随过量氧气系数的增加逐渐降低,氧气微过量时CO浓度迅速下降,继续增大时,燃烧室出口CO的浓度下降缓慢。     

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NOx排放特性研究

随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格,NOx控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NOx排放控制技术,富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业,然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NOx减排效果,笔者以神府烟煤作为燃料,利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况,采用热态试验方法,研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NOx排放特性,并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NOx排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比(以主燃区过量氧气系数表示)、二次风氧浓度等关键因素对NOx排放的影响。结果表明:富氧空气分级燃烧的NOx排放显著低于单级供风燃烧,同时也低于空气分级燃烧的NOx排放。主燃区温度为1 300~1 500℃时,富氧空气分级燃烧的NOx排放减少比例比分级配风燃烧提高了6~12个百分点;富氧空气分级燃烧条件下,随主燃区温度升高,煤粉燃烧更加充分,燃料中N元素分解成NHi、HCN等大量中间产物,使主燃区气氛的还原性增强,被还原的NOx比例增加。因此,NOx排放降低且NOx排放减少比例呈现上升趋势;富氧空气分级燃烧的二次风配比对NOx排放具有显著影响,随着主燃区过量氧气系数的升高,NOx排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比,使NOx排放浓度最低。主燃区温度为1 300℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.58;主燃区温度为1 500℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.55;在主燃区过量空气系数给定的条件下,提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间,并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境,促进煤粉充分燃烧,从而增强主燃区气氛的还原性,降低NOx的生成。因此,当二次风氧浓度为21%~31%时,NOx排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高,NOx排放的降低趋势逐渐放缓。     

富氧富水蒸气条件下燃烧高氮燃料的NOx排放特性

在富氧富水蒸气条件下，研究了富含氮的燃料白酒糟在流化床中燃烧时NO_x的排放特性。结果表明，在过量空气系数1.2条件下，水蒸气和O₂对NO_x的生成相互影响。当O₂浓度低于约35%时，向燃烧气中加入水蒸气能抑制NO_x生成，使烟气中NO_x的排放浓度和燃料N转化为NO_x的转化率降低；而当氧气浓度高于约35%时，加入水蒸气促进了NO_x生成，表明提高氧气浓度使得氧化作用起到主导地位。NO_x生成量随温度的升高先增加后减少，在较高氧气浓度下，NO_x生成量随温度升高而降低的转折点发生在较低的温度；燃烧气氛中添加水蒸气延迟了转折点的发生，使转折点发生在较高温度。     

温度对载氧体还原过程中汞的析出特性及形态分布的影响

化学链燃烧是近年来提出的一种具有高效、内分离CO₂特点的新型燃烧方式。本文在立式管式炉实验装置上研究了温度对基于Fe₂O₃载氧体的煤化学链燃烧载氧体还原过程中汞析出特性的影响,探讨了不同燃烧温度下燃料反应器（FR）出口烟气组分的变化及其对汞迁移变化的影响。结果表明：在高温条件下（≥ 800℃）,煤中的汞在载氧体还原过程中基本全部析出,180s时基本达到90%,并且随着温度升高而增加;FR出口烟气中的汞主要以单质态（Hg⁰）形式存在,各工况下的单质态汞占烟气中气态总汞比例都在88%以上,随着温度的升高,烟气中Hg⁰/Hg^T略有降低;温度对烟气组分具有影响,随着温度的升高,CO、NO和SO₂浓度上升;对于汞而言,SO₂会抑制Cl及Cl₂的形成从而抑制Hg⁰向Hg²⁺转化,NO会直接或间接促进汞的氧化过程,FR烟气中以CO为主的还原性气氛不利于汞的氧化。     

氧分级对药渣O2/CO2燃烧NOx生成规律与反应机理的影响

在我国目前能源结构中,化石能源尤其是煤炭资源占比很高,造成了极大的环境压力。抗生素发酵药渣为近年来产量迅速升高的固体废弃物,也是一种生物质燃料资源,但目前对药渣的能源化利用研究较少。以CH4等气体来模拟药渣可燃成分,利用Chemkin模拟软件中的PFR反应器构建了药渣在O₂/CO₂气氛下氧气分级燃烧及非分级燃烧模型,对2种情况下NO_x生成特性进行了模拟研究,探求了氧气分级及非分级燃烧时各种因素的影响,并利用生成速率分析法和敏感性分析法对结果进行了反应机理分析。研究结果表明,在氧气非分级条件下,NO_x转化率随燃烧温度升高先升高后降低,在1500℃左右达到峰值;NO_x转化率随过量氧气系数增加而升高,在过量氧气系数由0.9增至1.1时,增幅显著。在氧气分级条件下,主燃区燃烧温度对NO_x转化率的影响较为复杂;NO_x转化率随燃尽风率增加先降低后升高,随燃尽风位置推后降低。氧气分级条件下,还原气氛促进了NO_x中N向其他组分转化,能够明显降低NO_x生成。当燃烧温度低于1500℃,燃尽风率为0.35左右时,NO_x转化率最低。首次对药渣在O₂/CO₂气氛下的燃烧进行了反应动力学模拟研究,探求了各种因素的影响,为实现药渣能源化利用提供了指导。     

玻璃熔窑烟气再循环联合燃尽风燃烧数值模拟

玻璃熔窑在采用高温低氧燃烧(HTAC)技术的条件下使用烟气再循环联合燃尽风燃烧对降低NO_x排放有极其显著的效果。基于数值计算方法建立了烟气再循环联合燃尽风燃烧数学模型,并通过实际运行数据与仿真结果对比验证了该模型的可靠性。研究表明:(1)随着烟气循环率增长,炉膛火焰温度下降,小炉出口NO_x浓度下降;(2)加入燃尽风有利于提升烟气对玻璃液的热通量;(3)本研究条件下烟气再循环联合燃尽风降氮燃烧优化运行参数为:烟气循环率5%,燃尽风率20%;在优化参数下运行时,其对应的NO_x质量流量为0.009 51 kg·s^-1,热通量为41.54 kW·s^-1,与基础工况(循环率0、燃尽风率0)相比,NO_x排放浓度下降60.73%,烟气与玻璃液间热通量增加13%;而与循环率0、燃尽风率20%的工况相比,NO_x浓度下降49.4%,烟气与玻璃液间热通量下降3.7%。为玻璃熔窑NO_x减排提供了理论支持。     

生物质循环流化床燃烧污染物的排放特性

在中试规模的循环流化床试验装置上进行了甘蔗叶的燃烧试验,试验系统研究了炉子运行参数(床温、过量空气系数和二次风比)对CO、NO、N2O排放的影响规律。结果表明:提高床层温度能有效降低N2O的排放,但同时会导致NO排放的升高。随着空气过量系数的增加,CO能很快降低到较低值,但NO排放却几乎成线性增加,因此,在保证燃料充分燃烧的情况下,应尽量降低过量空气过量系数以减少NO排放。二次风的加入显著降低了NO的排放,但随着空气过量系数的加大,其影响逐渐减弱。     

超低排放燃煤电厂中SO3的迁移及脱除特征

燃煤烟气中的SO₃会对机组运行及大气环境造成不利影响。为研究燃煤电厂SO₃排放特征，本文采取异丙醇吸收法对某300MW超低排放机组污染物控制装置进出口SO₃采样，以分析SO₃在燃煤机组中的迁移及脱除特性。结果表明：炉膛燃烧过程以及选择性催化还原装置（selective catalytic reduction，SCR）均将部分SO₂转化为SO₃，炉膛燃烧生成SO₃的质量浓度为SO₂的0.86%，SCR内SO₂/SO₃转化率为0.45%。烟气经过空气预热器，SO₃浓度降低了5.7%；静电除尘器（electrostatic precipitator，ESP）脱除SO₃效果较差，主要由于ESP内烟温在110℃以上，H₂SO₄酸雾凝结量较少；双级湿法脱硫装置（wet flue gas desulfurization，WFGD）对SO₃脱除效率达到81.3%，比国内单级脱硫装置SO₃脱除效果高30%～50%；湿式静电除尘器（wet electrostatic precipitator，WESP）脱除SO₃效率为23.0%。机组烟囱排放SO₃质量浓度为2.025mg/m³（标准），SO₃排放因子EF为0.034kg/t。     

CO2, NOx and SO2 emissions from the combustion of coal with high oxygen concentration gases

The emissions of CO₂, NO_x and SO₂ from the combustion of a high-volatile coal with N₂- and CO₂-based, high O₂ concentration (20, 50, 80, 100%) inlet gases were investigated in an electrically heated up-flow-tube furnace at elevated gas temperatures (1123–1573 K). The fuel equivalence ratio, φ, was varied in the range of 0.4–1.6. Results showed that CO₂ concentrations in flue gas were higher than 95% for the processes with O₂ and CO₂-based inlet gases. NO_x emissions increased with φ under fuel-lean conditions, then declined dramatically after φ=0.8, and the peak values increased from about 1000 ppm for the air combustion process and 500 ppm for the O₂(20%)+CO₂(80%) inlet gas process to about 4500 ppm for the oxygen combustion process. When φ>1.4 the emissions decreased to the same level for different O₂ concentration inlet gas processes. On the other hand, NO_x emission indexes decreased monotonically with φ under both fuel-lean and fuel-rich combustion. SO₂ emissions increased with φ under fuel-lean conditions, then declined slightly after φ>1.2. Temperature has a large effect on the NO_x emission. Peak values of the NO_x emission increased by 50–70% for the N₂-based inlet gas processes and by 30–50% for the CO₂-based inlet gas process from 1123 to 1573 K. However, there was only a small effect of temperature on the SO₂ emission.     

燃煤烟气中SO3迁移转化特性及其控制的研究现状及展望

SO₃排放导致的烟羽浊度增大、蓝烟/黄烟现象及其排入大气环境后转化为二次气溶胶等问题,已引起广泛关注。燃煤电厂SO₃的排放主要由煤燃烧以及SCR烟气脱硝中SO₂氧化形成,随着选择性催化还原（SCR）脱硝设施的推广应用及高硫煤使用量的增多,控制燃煤SO₃排放已迫在眉睫。本文分析综述了燃煤烟气SO₃在SCR脱硝过程、低低温电除尘、湿法烟气脱硫以及湿式电除尘中的生成、迁移转化及脱除特性。同时介绍了两类控制燃煤烟气系统中SO₃的技术,一是利用现有污染物控制设备的协同作用;二是喷射碱性吸收剂吸收SO₃,综合比较了各类碱性吸收剂以及不同喷射位置,提出一种将喷碱性吸收剂与脱硫废水烟道蒸发技术相结合的控制方法。最后指出探究烟气系统中SO₃迁移转化特性以及碱性吸附剂脱除SO₃的反应机理及其影响因素是未来燃煤烟气SO₃控制技术研究的发展方向。     

富氧燃烧烟气压缩净化及高浓度CO2制备工艺研究

富氧燃烧技术是目前最有可能大规模推广和商业应用的碳捕集与封存技术之一,其中,烟气压缩净化及CO₂提纯对于整个富氧燃烧系统至关重要。然而,目前研究多聚焦于富氧燃烧后烟气压缩净化的工艺验证,而对烟气压缩纯化各单元运行特性的研究仍不深入,特别是烟气压缩净化过程杂质污染组分的迁移转化、系统运行参数与污染物脱除效率的关联仍不明确。且现有研究对净化后烟气的深度提纯及高浓度CO₂制备的关注也相对较少,直接关系到富氧燃烧系统运行经济性。因此,针对富氧燃烧烟气净化及CO₂提纯需求,系统探究了富氧燃烧烟气压缩纯化过程SO₂、NO_x吸收脱除以及CO₂深度提纯等各子系统的运行特性,其中SO₂与NO_x脱除采用压缩-酸液吸收,CO₂深度提纯采用低温精馏。结果表明:通过烟气净化可实现SO₂脱除效率达100%,NO脱除效率达99%,同时实现纯度为99.99%的食品级液态CO₂制备。烟气净化过程中,气相反应占据主导,提高压力可缩短反应时间;当SO₂吸收塔运行压力超过0.8 MPa时,SO₂脱除效率可达100%;当NO吸收塔运行压力超过3.0 MPa时,NO排放浓度可达超低排放标准。CO₂提纯过程中,提高压力会降低液体CO₂纯度。SO₂吸收塔运行压力为1.6 MPa、NO吸收塔运行压力为3.0 MPa、CO₂提纯塔运行压力为3.8 MPa时,系统整体功耗最低,为0.37 MJ/kg。     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂，通过物理化学表征和烟气模拟台架实验，研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明，Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用，但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率，且受烟气中邻二甲苯影响较小；但受SCR气氛与Hg⁰抑制，邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。