SNCR/烟气再循环协同脱硝技术研究

短期内煤炭作为我国主要能源的现状不会改变。由于煤燃烧会释放大量NO_x,造成严重的环境污染,因此煤炭燃烧过程中的NO_x控制至关重要。链条锅炉作为我国工业应用最为广泛的燃煤锅炉之一,是降低NO_x排放的重点对象,尤其在新实施的GB 13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》中规定重点地区锅炉NO_x排放值不得高于200 mg/m~3后,链条炉低氮燃烧和NO_x脱除技术受到广泛关注。为降低链条锅炉NO_x排放,满足国家环保要求的同时,降低企业运行维护成本,提高企业经济效益,以西安高新区某供热站4×75 t/h链条锅炉为研究对象,进行烟气再循环与SNCR耦合低氮燃烧NO_x脱除技术改造研究。研究了SNCR与烟气再循环耦合低氮燃烧系统参数,如烟气再循环率,再循环烟气一、二次风室送入比例,氨氮摩尔比,锅炉负荷变化等脱硝系统参数对NO_x脱除效率及链条炉燃烧特性的影响,确定了烟气再循环与SNCR技术耦合脱硝的最佳运行参数,结果表明:SNCR耦合烟气再循环低氮燃烧技术能有效降低链条锅炉NO_x排放。烟气再循环率为16%～18%,再循环烟气一次风室送入比例为82%,氨氮摩尔比为0.78时,SNCR耦合烟气在循环脱硝系统可达最佳脱硝效率。此时SNCR耦合烟气再循环联合脱硝效率可达到56%,SNCR单独运行脱硝效率可达40%,NO_x实际排放可从250 mg/m~3降至110 mg/m~3,远高于国家NO_x排放标准。     

20t/h链条炉低氮燃烧改造的工业试验

文章研究针对20 t/h链条炉实施的低氮燃烧改造技术,提出改善煤炭分布、烟气再循环、优化配风方式等措施,考察了炉膛温度、炉排转速、风机频率等因素对烟气含氧量和NO_X排放浓度的影响。结果表明:排除煤种和炉排分布等外因,改造后烟气含氧量下降了2%~3%,烟气NO_X排放浓度能达到200 mg/m~3以下。低氮燃烧技术是链条炉烟气NO_X控制技术的首选,但考虑到链条炉存在多变负荷和煤种频繁变化的特点,单靠低氮燃烧难以实现NO_X的长期达标排放。     

低氮燃烧技术在煤粉工业锅炉上的应用

为研究空气分级技术在煤粉工业锅炉上的低氮效果,在40 t/h蒸汽锅炉上进行了煤粉分级配风低氮燃烧试验,研究了锅炉负荷、分级配风比例和分级配风方式等条件对NO_x生成的影响。结果表明:未分级配风时,锅炉NO_x初始排放质量浓度随锅炉负荷增大而升高,低氧配风燃烧方式的低氮效率可达15%;分级配风能降低锅炉NO_x初始排放质量浓度,分级配风比例为45%时,烟气中NO_x初始排放质量浓度为175 mg/m3,CO含量72×10-6;分级配风位置越靠近炉膛出口,低氮效果越明显;为达到理想低氮效果,分级配风应有足够动量,以保证充分混合;合理的三次风配风方式对锅炉的燃烧影响较小,锅炉热效率降低幅度0.5%。因此,合理的空气分级配风技术用于煤粉工业锅炉上,可在基本不影响锅炉效率的条件下达到降低锅炉NO_x初始排放的目标。     

基于Aspen Plus的煤粉工业锅炉烟气再循环研究

为了减少工业锅炉NO_x排放,以20 t/h高效煤粉工业锅炉作为研究对象,使用工程软件Aspen Plus建立烟气再循环系统流程,分析烟气再循环倍率、温度以及注入位置对NO_x影响,烟气注入位置研究采用温度代替位置方法。结果表明,烟气的温度越低、循环倍率越高,NO_x排放越低。针对0.6BMCR工况得到了满足NO_x控制要求的最佳参数:再循环倍率20%~25%,再循环烟气温度130~150℃,注入位置在炉膛前部温度约为1000℃位置。     

燃烧优化调整对NO_x排放和锅炉效率的影响

为研究燃烧调整对NO_x排放和锅炉效率的影响,在330 MW煤粉炉机组满负荷运行工况下,通过调整过量空气系数、SOFA风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角,测定了尾部烟道SCR入口A、B两侧的NO_x排放浓度及其相关数据,并计算得到锅炉效率,研究了各因素对NO_x排放浓度和锅炉效率的影响。结果表明,运行氧含量较低时能降低NO_x浓度并保证较高的锅炉效率;倒塔配风的NO_x排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约9.1%和7.8%,倒塔配风最低,正塔配风最高;锅炉效率随着SOFA风开度的减小呈先上升后下降趋势,而NO_x浓度呈递增趋势;随着周界风开度的逐渐增大,锅炉效率先减小后增加,而NO_x排放逐渐增大,周界风开度变化7%,锅炉效率变化1%左右;随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下降趋势,而NO_x浓度呈下降趋势。     

烟气再循环及分段送风对链条炉NOx生成的数值模拟

以某10t／h链条炉为研究对象,运用FLUENT软件分别对此链条炉在无烟气再循环和采用烟气再循环技术时炉膛内的燃烧过程、温度场以及NOx的生成情况进行数值模拟。并且比较了循环烟气从一次风口和二次风口进入炉膛这2种不同情况。模拟结果显示：采用烟气再循环技术,炉膛内的平均温度降低,从而降低NOx的生成量;而循环烟气从二次风口进入炉膛内,生成的NOx会更少些。该数值模拟结果可为链条炉的设计和运行提供参考。     

循环流化床预热燃烧试验研究及数值模拟

循环流化床预热燃烧过程中,预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程至关重要。为了研究预热燃料在下行燃烧室中的流动和燃烧特性,采用计算流体力学软件Fluent,结合试验手段,对不同二次风喷口配风方式下,预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程进行试验及数值模拟,对比了不同配风方式下,流动特性、温度特性、组分浓度分布特性以及氮氧化物排放特性的差异。结果表明,预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程中,二次风会卷吸烟气在下行燃烧室上部产生回流,稀释反应物,在中心喷口配风时回流区域更大。不同配风方式下,下行燃烧室中的温度分布不同。环形喷口配风时下行燃烧室中的温度峰值为1 459 K,而中心喷口配风时下行燃烧室的温度峰值为1 555 K,同时环形喷口配风时下行燃烧室的高温区域较小,温度分布更加均匀。环形喷口配风时,预热燃料和二次风的混合更加充分,高温煤气和空气的反应更加强烈,有助于燃料的着火及升温。而中心喷口配风时下行燃烧室顶部的CO和H_2等还原性气体浓度较高,有助于还原NO_x。同时较高的温度促进了气化反应,生成更多的CO和H_2,在燃尽风喷入前的区域形成还原性气氛,有助于进一步还原NO_x。二次风中心喷口配风时,更多的氮氧化物被还原,尾部烟气中的NO_x排放浓度为107×10~(-6),二次风环形喷口配风时,尾部烟气中的NO_x排放浓度为121×10~(-6)。     

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。     

煤粉工业锅炉空气深度分级数值模拟研究

为了研究空气分级低氮燃烧技术对煤粉工业锅炉NO_x初始排放浓度的影响规律,针对煤科院40 t/h煤粉工业锅炉采用数值模拟的方法探讨了空气分级深度对锅炉燃烧及NO_x初始排放浓度的影响规律,并通过工程试验验证了模拟结果的准确性。研究结果表明:随着三次风比例由0增至50%,双锥燃烧器出口平均温度由980 K上升至1 530 K,且温度分布更加均匀;双锥燃烧器出口气流流速降低约10 m/s;锅炉NO_x初始排放浓度由空气不分级工况下的697 mg/m~3降至三次风30%工况下的424 mg/m~3,降幅约39%。工程试验表明,三次风比例为30%时,NO_x初始排放浓度为409 mg/m~3,与数值模拟结果相差小于5%,数值模拟较好地预测了锅炉燃烧及NO_x排放情况。空气深度分级低氮燃烧技术可有效降低煤粉工业锅炉NO_x初始排放浓度。     

配风方式对300MW四角切圆锅炉燃烧经济性及NO_x排放影响的试验研究

研究了二次风配风方式和SOFA风门开度对锅炉的燃烧经济性及NO_x排放的影响。试验结果表明,锅炉采用优化后的缩腰配风方式,可以同时降低灰渣中可燃物含量和NO_x生成量,对于锅炉的节能和环保均是有利的;通过增加SOFA风门开度,可以降低NO_x生成量,但同时也会造成灰渣中可燃物热损失的增加;锅炉在上两层SOFA风门关闭、下两层SOFA风门开启时,脱硝装置进口NO_x浓度为268mg/m3,灰渣中可燃物热损失为2.69%,此时锅炉运行相对最经济。     

城市污泥流化床燃烧过程中气态污染物排放特性

在6kW_th鼓泡流化床实验台上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了烟气再循环气氛和空气气氛下燃烧温度、过量氧气系数、二次风比率对气态污染物排放特性的影响。研究结果表明：燃烧温度升高,NO排放浓度明显升高,SO₂排放浓度亦呈上升趋势;过量氧气系数提高,NO排放浓度呈显著上升趋势,SO₂排放浓度则呈下降趋势;增大二次风比率,NO排放浓度呈现先降低后升高的趋势,但总体减排效果并不明显,SO₂排放浓度出现少量增长;烟气再循环工况下,NO排放浓度随燃烧温度和过量氧气系数变化的趋势与空气气氛燃烧时一致;烟气再循环率从0增加至1,NO排放浓度明显下降;烟气再循环率达到较高值后,NO排放浓度随之提高而降低的趋势减弱;烟气再循环率逐渐升高过程的前期,烟气中CO浓度出现显著升高;再循环率超过0.3后,CO浓度在一定范围内波动,不再升高。     

混燃煤气气氛下NO_x排放特性与建模预测

以300MW煤/气混燃锅炉为研究对象,理论计算了高炉煤气、焦炉煤气及煤粉的热量混燃比对烟气量的影响特性,对混燃煤气协同分级配风条件下的NO_x排放特性进行了优化实验研究,利用实验数据建立了NO_x排放浓度的预测模型。结果表明:当高炉煤气与焦炉煤气配比为0.3时产生的理论烟气量与纯然煤工况相当;混燃高炉煤气使得炉膛温度温差减小,有利于控制NO_x排放;随着高炉煤气热量混燃比和分离燃尽风率的增加NO_x排放浓度逐渐降低,而飞灰含碳量逐渐增加。综合衡量NO_x排放浓度和飞灰含碳量,高炉煤气(BFG)与焦炉煤气(COG)的最佳热量混燃比配比应低于1.3,最佳的分离燃尽风率为24%。通过对比所建立的3种NO_x排放预测模型,发现遗传算法优化的BP神经网络模型具有较高的预测精度,能够准确表达锅炉输入参数和输出参数的非线性关系。     

深度空气分级下混煤未燃尽碳与NOx协同优化数值模拟

为探究掺混方式及配风方式对混煤燃尽率和NO_x排放量的影响,以一台660 MW四角切圆锅炉为研究对象,开展混煤燃烧过程未燃尽碳和NO_x排放的协同优化数值研究。结果表明,在深度空气分级条件下,未燃尽碳主要受停留时间、掺混方式、配风方式等因素共同影响;合理搭配掺混方式和配风方案可降低混煤未燃尽碳水平和炉内NO_x总生成量,达到两者的协同优化。与炉外掺混相比,炉内掺混更加灵活,可通过优化低挥发分煤的燃尽程度来改善混煤整体的未燃尽碳水平。在炉内掺混方式下,均等配风将低挥发分煤置于上部燃烧器或正宝塔配风将低挥发分煤置于下部燃烧器,均有利于低挥发分煤的燃尽;而将高挥发分煤置于上部燃烧器更有利于NO_x减排。综合考虑混煤未燃尽碳和NO_x排放特性,将高挥发分煤置于上部燃烧器且采用正宝塔配风可为下部低挥发分煤的燃烧提供相对充足的氧量,提高低挥发粉煤的燃尽率,降低混煤未燃尽碳水平;上部高挥发分煤析出的挥发分中含有大量含氮中间产物HCN,可将已生成的NO_x还原,有利于降低炉内混煤NO_x生成量。     

耐火材料燃气窑炉的氮氧化物减排技术研究

为降低工业燃气窑炉的NO_x排放浓度,寻找适合耐火材料燃气窑炉的氮氧化物减排的解决方案,开展了对实验室1 m~3高温梭式窑(1 800℃)和生产企业的耐火材料燃气高温隧道窑的低氮氧燃烧技术与烟气干法催化吸附的试验研究,以及对烟气组成的实测与分析。结果表明:采用低NO_x预混型高速燃烧器可从源头减少NO_x生成,燃烧产物喷出速度在100 m·s~(-1)以上,能显著降低高温燃气窑炉NO_x排放浓度,实现过程减排(减排量40%),减除投资和运行费用较高的烟气脱硝负担;对于使用温度1 400℃以下的燃气窑炉使用此技术NO_x排放浓度100 mg·m~(-3);对于使用温度1 400℃以上的燃气窑炉通过源头控制、过程减排,使烟气中NO_x显著降低,末端治理再采用无机复合固体吸附剂干法催化吸附技术,可以在相对比较低的投入条件下取得理想的减排效果,NO_x排放浓度50 mg·m~(-3),实现了NO_x超低排放的要求。     

富氧低NOx稳燃技术在300 MW煤粉锅炉机组灵活性调峰中的应用

为了对富氧低NO_x稳燃技术的实际应用效果进行工程示范,针对富氧低NO_x稳燃技术在300 MW亚临界煤粉锅炉上的低负荷稳燃特性进行了实炉试验研究。通过将锅炉A、D层原12台一次风燃烧器改造为富氧低NO_x燃烧器以及对锅炉主要运行参数的测量分析,研究富氧低NO_x稳燃技术对SCR入口的NO_x原始排放浓度、烟气温度,以及对锅炉总体运行特性的影响。实炉试验、日常运行以及第三方完成的性能测试结果表明,原锅炉改造应用富氧低NO_x稳燃技术后,NO_x原始生成量明显降低。改造后的运行实践证明,锅炉最低可在23.5%负荷(70.4 MW)下稳定运行,且同时能保证锅炉出口过热蒸汽参数和再热蒸汽参数达到运行要求、SCR入口烟温维持在280℃以上及NO_x原始生成浓度低于300 mg/Nm3,实现NO_x超低排放。锅炉运行经济性统计分析表明,采用富燃低NO_x稳燃技术后,调峰能力大幅提高,可长期低负荷运行,且可有效投入SCR脱硝系统,锅炉的年平均点火和低负荷稳燃用油量减少了65%。因此富氧低NO_x稳燃技术可实现锅炉的低负荷稳燃及超低排放,且大幅降低锅炉点火及稳燃用油,提高锅炉的经济性。     

220t/h煤粉锅炉臭氧氧化NOx超低排放试验研究

近年来,国家对于环境保护的要求愈发严苛,煤电行业节能减排任务愈加艰巨,燃煤电厂的超低排放改造工作迫在眉睫。笔者针对3台220 t/h煤粉锅炉NO_x进行臭氧脱硝改造和脱硝试验研究,采用烟气分析仪及电厂在线检测系统,探究了O_3/NO摩尔比及NO_x初始浓度等对脱硝效果的影响。试验结果表明,活性分子臭氧脱硝技术对该煤粉炉锅炉具有较好的脱硝效果,NO_x脱除效率可达90%以上。锅炉出口NO_x浓度随锅炉负荷波动较大,呈正相关关系,锅炉负荷升高,出口NO_x浓度升高;锅炉负荷降低,出口NO_x浓度随之降低。臭氧脱硝效率随O_3/NO摩尔比和臭氧投加量的增加而增大,但当O_3/NO摩尔比超过一定值后,其增大速率随臭氧量的增加而逐渐变缓。臭氧脱硝技术中脱硝效率受NO_x初始浓度的影响较小,O_3/NO摩尔比达到一定量时,可保证不同NO_x初始浓度波动下的脱硝效率。本试验获得的特性曲线为臭氧脱硝技术最佳臭氧喷射量的确定提供了依据,即在保证脱硝效率的前提下,如何选择最佳的O_3/NO摩尔比。应用臭氧脱硝技术后,该电厂顺利通过了168 h测试,烟气排放中NO_x浓度稳定在50 mg/Nm~3以下,满足国家超低排放要求,可见采用活性分子臭氧对烟气中的NO_x具有良好的脱除效果。     

焦炉烟气SO_2和NO_x排放控制

分析了焦炉烟气中SO_2、NO_x的来源及排放浓度,讨论了控制SO_2和NO_x的排放措施,介绍了目前研究较多的焦炉烟气治理技术。建议焦化企业加强SO_2、NO_x排放的源头控制和过程控制,难以通过加强管理满足排放标准的企业应考虑采用末端治理技术,使焦炉烟气排放达到国家排放标准要求。     

烧结烟气中NO_x治理技术及发展趋势

烧结烟气是钢铁工业污染物的最大排放源,现阶段冶金脱硫除尘工艺逐渐成熟,但NO_x的脱除仍处于起步阶段,部分企业存在NO_x排放超标现象,随着环保指标进一步提高,优化NO_x治理工艺,降低冶金烟气中NO_x排放成为钢铁行业污染治理的重中之重,应当给予更多重视。介绍了烧结过程中N的作用机理,其中挥发性氮参与氧化还原反应,高温低氧条件促进还原反应生成N_2,抑制NO_x生成,同时高温促进焦炭氮吸附及异相还原反应;总结烧结烟气特点,其成分较为复杂、污染物含量高、含水量和含氧量大、烟气温度较低导致对SCR催化剂温度窗口要求较低,这些特点进一步制约烧结烟气治理的发展;对比分析了当前几种典型脱硝工艺及烧结烟气脱硝技术存在的问题,SCR脱硝法为当前主流脱硝工艺,催化剂的催化活性组分和性能是该技术的核心和关键,也是近年来的研究热点,指出稀土改性含铁尘泥γ-Fe_2O_3新型铁基低温催化剂是确实可行的脱硝催化剂研究方向,具有抗碱金属中毒、低温催化活性好、经济可靠等特点,并可进一步扩大冶金资源利用范围;展望了脱硝发展方向和新工艺,等离子脱硝和微生物脱硝研究起步相对较晚,但由于其受烟气温度影响较小可达到较好脱硝效果,具备优异发展前景,但存在若干问题未实现工程应用;改善工艺如引进烟气再循环、空气分级燃烧、低氧燃烧等燃烧中控制技术,通过优化烧结混合料结构如强化制粒效果、厚料层高碱度烧结等可协调烧结后烟气脱硝工艺,降低烟气NO_x排放浓度;分级治理烧结烟气存在投资运行费用高、占地面积大等缺点,开发可靠经济高效的脱硫脱硝一体化工艺具有重要意义,脱硫工艺耦合SCR脱硝是烧结烟气污染物治理发展的重要方向;通过参考脱硫脱硝新技术和新思路,提出烟气再循环+CO催化氧化+SCR脱硝+CFB/SDA脱硫的工艺流程,可为钢铁厂脱硝技术研究及发展提供参考。     

燃煤电站低NO_x燃烧技术

低NO_x燃烧技术已广泛应用于燃煤电站氮氧化物减排措施中。作者详细阐述了空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环燃烧技术、浓淡燃烧技术及低NO_x燃烧器,介绍了不同低NO_x燃烧技术的运用原理及应用实例。     

烟气再循环在煤粉工业锅炉上的数值模拟研究

为考察烟气再循环对工业煤粉锅炉NOx排放及炉内燃烧过程的影响,对30 t/h高效煤粉双锅筒室燃工业锅炉进行研究。采用数值模拟和试验研究,考察烟气再循环的低氮效果,分析烟气循环倍率对NOx排放浓度的影响,并研究循环倍率对炉膛温度、排烟温度等炉况的影响规律。结果表明:循环烟气通入炉内,火焰尺寸增大,温度更加均匀,减少了NOx的排放浓度;同时随着循环烟气的加大,排烟温度逐渐升高,蒸汽流量逐渐降低;当烟气循环倍率为20%时,NOx减排17%。