半焦循环流化床高氧气浓度燃烧气体污染物排放特性试验研究

在1MW循环流化床富氧燃烧中试装置上,以煤热解后的半焦为燃料,进行了空气燃烧和高氧气浓度(50%O_2)/再循环烟气(recycle flue gas,RFG)燃烧试验,考察了在炉膛平均温度为900℃时不同燃烧气氛对热解半焦燃烧特性和排放特性的影响。试验结果表明:半焦可在高氧气浓度O_2/RFG气氛下稳定燃烧,并且从空气燃烧向高氧气浓度O_2/RFG燃烧切换时,中试装置运行平稳。与空气燃烧工况相比,50%O_2/RFG燃烧工况下,工况稳定运行期间尾部CO_2干基浓度平均值可达到90%以上;半焦的燃烧特性得到了改善,CO排放和飞灰含碳量降低,燃烧效率升高;NO排放约为空气下的1/2,再循环NO被还原是减少的主要原因,但N_2O排放略高,与NO排放量级相同;无脱硫情况下,半焦灰自脱硫效率降低,从而导致SO_2排放较高,约是空气的2倍。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性

为研究O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性,在沉降炉上通过模拟电厂混煤掺烧的实际工况,分析了过量空气系数α、CO_2体积分数、炉膛温度以及燃料比对单煤及混煤燃烧时SO_2排放特性的影响。结果显示:(1)α由0.8增至1.4,所选煤种SO_2的排放质量浓度(以下简称"排放浓度")越大,CO的排放浓度越小;(2)O_2/CO_2气氛下SO_2排放浓度低于O_2/N2气氛下SO_2排放浓度,降低量约为10%;(3)随着反应气氛里CO_2体积分数由20%增加至50%,所选煤种SO_2排放浓度均逐渐降低,CO的排放浓度均逐渐升高;(4)随着炉膛温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N2气氛下SO_2排放浓度均增大,不同气氛、不同升温段时SO_2排放浓度曲线斜率变化不同;(5)燃料比越小,煤粉燃烧越好,燃料中S向SO_2的转化率越高,而高温富氧下,燃料含S量越高,SO_2排放量也越高,但S向SO_2的转化率下降。     

O2/CO2气氛下生物质与煤混燃的NO排放特性研究

在水平管式试验炉上研究生物质与煤配比、燃烧气氛、O2浓度、温度对NO排放特性的影响规律.结果表明,在O2/CO2气氛下,随着生物质比例的增大,生物质混煤NO释放提前,NO排放完毕时间减少,NO的排放量降低;在试验所选取的O2浓度范围内,相同氧浓度时,O2/CO2气氛下生物质混煤NO的排放量小于O2/N2气氛下的排放量,其降低幅度约为10％～20％;随着O2浓度的增加,2种气氛下生物质混煤NO的排放量均升高;在试验所选取的温度范围内,随着温度的升高,生物质混煤NO的排放量增加.     

O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性试验研究

针对电厂混煤掺烧实际情况,在沉降炉上,对单煤及其混煤燃烧NO排放特性进行研究,分析过量空气系数a、CO_2质量浓度、燃料比FC/V以及温度对NO排放特性的影响。结果表明:随着a由0.8增至1.4,实验所选煤种NO的排放质量浓度均逐渐升高,CO的排放质量浓度均逐渐降低,且烟气中CO的质量浓度越高,NO的排放质量浓度就越低,煤粉混烧可以改善污染物排放特性;O_2/CO_2下,NO排放质量浓度低于O_2/N_2下NO排放质量浓度,其降低量约为30%~40%;随着CO_2质量浓度由20%增至50%,实验所选煤种NO排放质量浓度均逐渐降低,CO的排放质量浓度均逐渐升高,其变化幅度均不大;随着温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N_2下NO排放质量浓度均增高,相同温度、煤种下,O_2/N_2下NO排放质量浓度高于O_2/CO_2下NO排放质量浓度,不同气氛、不同升温段,NO排放质量浓度曲线斜率变化不同;在低、高温下,随FC/V的增大,NO排放质量浓度变化趋势不同;高温下,燃料含氮量越高,则NO排放质量浓度也越高,但转化率下降。     

600MW四角切圆燃烧锅炉富氧燃烧的数值模拟

为了研究煤粉锅炉的传热特性,控制燃煤污染物排放,阐述了600 MW四角切圆煤粉锅炉炉内的流动、传热与燃烧过程的数值模拟方法,通过Gambit软件建立炉膛的三维结构及网格生成,在FLUENT软件中选择合理的数学模型,分别进行了空气气氛和富氧气氛下炉内煤粉燃烧的数值模拟过程。模拟结果表明:O2/CO2气氛下,CO2具有较高的比热容,炉膛内烟气的蓄热能力及着火热增加,炉膛整体温度下降,火焰中心上移;随着氧气浓度的提高,煤粉的燃烧得到强化,炉内温度升高,炉内高温区变大,火焰中心逐渐下移,有利于煤粉的着火和燃烧。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性实验研究

利用沉降炉实验台分别在O_2/N_2气氛和O_2/CO_2气氛下针对煤粉燃烧过程中NO排放量进行实验,研究了CO_2浓度、温度以及过量空气系数分别对单煤与混煤燃烧NO排放特性的影响,结果表明:相比于O_2/N_2燃烧气氛,煤粉在O_2/CO_2气氛下燃烧释放的NO含量更低,其降低量约为30%~35%;在CO_2浓度由20%变化到50%的过程中,所选煤种NO生成量逐渐下降,其变化幅度不大;随着煤粉燃烧温度的不断升高,所选煤种在2种气氛下燃烧生成的NO含量均有增长且在O_2/N_2气氛下NO排放浓度增加更为明显,当温度达到1 200℃和1 500℃这2个温度点时可以发现NO排放浓度曲线斜率变化很大;随着实验过程中过量空气系数α的增加,在这2种气氛下NO的生成量同样呈现出上升的趋势。     

循环流化床高浓度富氧燃烧试验研究

在0.1 MW循环流化床富氧燃烧试验系统上,进行了大同烟煤在O2/再循环烟气(RFG)和O2/CO2配气下的高浓度富氧燃烧试验,研究燃烧温度和气氛对燃烧稳定性、烟气中CO2浓度和气体污染物排放的影响。研究结果表明,O2/RFG气氛下,在一次风氧气浓度为49.6%~55.2%、二次风氧气浓度为45.3%~51.7%范围内,循环流化床能够稳定运行,烟气中CO2浓度达到90%以上,SO2浓度为87~197 mg/MJ,N2O浓度为48~78 mg/MJ,NO仅为19~44 mg/MJ。与O2/CO2配气燃烧相比,O2/RFG燃烧时除NO浓度基本不变外,CO与SO2浓度均有一定程度的增加,而N2O浓度则明显降低。     

O2/CO2气氛下燃煤SO2排放特性的实验研究

在沉降炉实验台上通过在线烟气分析仪考查了燃煤烟气的组成以及燃烧气氛、CO2浓度、温度和燃料/氧气化学当量比对SO2的排放规律。结果表明,相同操作条件下O2/CO2燃烧可获得高达80%左右的CO2浓度,但烟气中CO含量明显高于O2/N2气氛下燃烧时的情况。高浓度CO2的存在使得SO2的排放较常规燃烧方式下有所降低,并且随着气氛中CO2浓度的增加呈递减趋势,但随着燃烧温度的升高,煤粉燃尽程度的增加以及其余含硫物相向SO2的转化使得其排放浓度逐步增加。在2种气氛下,SO2的释放浓度在贫燃料区随燃料/氧气化学当量比f的增加而增加,而在f大于1.2的富燃料区随燃料/氧气化学当量比的增加而降低。     

CFB锅炉燃烧生物质及RDF燃料的广谱污染物排放研究

在热功率1MW的CFB燃烧试验台上对3类生物质和垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF)成型燃料进行试烧试验,对循环流化床锅炉燃用生物质及RDF燃料时污染物的排放特性进行了研究。结果表明:试验燃料NO_x排放浓度随温度和氧量的升高而增大。随着炉膛燃烧温度的升高N₂O排放量明显降低。设计燃料在床温860℃左右时,其SO₂排放量最低,自脱硫效率最高;脱硫效率随着Ca/S的增加而升高,到一定程度后,增长的速度趋缓;设计燃料按Ca/S=1.5添加生石灰粉脱硫,炉膛平均燃烧温度为880℃左右时,脱硫效率最高。试验典型工况烟气中二恶英类以及飞灰、底渣中的二恶英含量均满足国家的排放标准要求。     

0.15MW循环流化床富氧燃烧试验研究

在炉膛直径140mm,高6000mm的0.15MW循环流化床富氧燃烧试验台上,进行O2/N2气氛高氧气浓度下神木煤的燃烧试验.在50％的整体氧气浓度下实现了稳定的循环流化床富氧燃烧,无局部高温出现;选择适合的一次风率和一次风氧气浓度可有效降低CO、NO和SO2的排放量,但对N2O排放量的影响不大;适当提高二次风口位置,CO和NO的排放量减少,但N2O和SO2的排放量基本不变;通过优化配风,神木煤的燃烧效率从93.80％提高到了96.24％,提高一次风氧气浓度和降低一次风率都有利于神木煤的燃尽.     

低氧体积分数下煤粉的NO排放及燃烧特性

为了掌握固定床中煤粉低氧体积分数反应的燃烧特性和NO排放特性,利用固定床反应器研究了燃烧气氛、管式炉温度、氧体积分数、气体流量的变化对煤粉NO排放和燃烧特性的影响。结果表明:与O_2/N2和O_2/Ar气氛相比,O_2/CO_2气氛下的NO排放峰值的体积分数减半,反应时间延长,最高燃烧温度降低;升高温度对NO释放和降低反应时间有促进作用,当温度升高至1 300K时,NO排放量达到峰值,随后进一步升温,NO的还原速率大于生成速率,NO排放量反而降低;当氧体积分数低于10%时,N的氧化反应被抑制,NO排放量保持较低水平,当氧体积分数从10%升至21%时,CO/NO/焦炭还原反应受到抑制,NO排放量快速增长;随着气体流量增加,煤粉颗粒附近的氧体积分数升高,加速了N的氧化反应速率,N的转化率呈单调递增趋势。     

O2/CO2气氛下燃煤NO排放特性的实验研究

在沉降炉上通过在线烟气分析仪研究了燃烧气氛、CO2浓度、温度及燃料/氧气化学当量比对O2/CO2气氛下燃煤NO排放的影响规律。结果表明,O2/CO2气氛下NO的排放浓度总小于O2/N2气氛下的情况,在无烟气再循环的情况下降幅约为20%~40%。2种气氛下NO的沿程析出均表现出类似的规律,但因煤质而有所不同。随着进气中CO2浓度的增加,NO的排放浓度呈现降低的趋势。与21%O2/ 79%Ar气氛下相比,21%O2/79%CO2气氛下NO排放浓度的降幅在30%~50%。随着温度的增加,2种气氛下NO的排放浓度均增加。随着燃料/氧气化学当量比(f)的增加,NO排放浓度呈现出先增加后降低的趋势,其最大排放浓度均出现在f=0.8左右;在f远大于1的富燃料区,2种气氛下NO的排放浓度基本可以降到一致的水平。     

O2/CO2与空气对燃煤汞形态分布的影响

为研究O2/CO2和空气燃烧方式对汞形态分布影响的差异,借助管式试验炉,对空气和O2/CO2 2种气氛下对4个煤种分别在600、800、1 000 ℃下进行了堆燃。燃烧过程中烟气的汞排放,采用Ontario Hydro方法进行吸收测试,比较了O2/CO2和空气气氛下的汞形态分布特点。试验结果表明,在相同温度下,与空气燃煤相比,煤粉在O2/CO2气氛下燃烧单质汞含量升高,二价汞含量降低。随着反应温度的升高,这两种气氛下单质汞的含量均逐渐降低,而二价汞的含量逐渐升高。同时在相同温度和反应气氛下,不同煤种汞形态分布不同,含硫量高的煤燃烧烟气中二价汞的含量比低硫量的煤高,而单质汞的含量比含硫量低的煤要低。而煤粉充分燃烧时,温度和煤种对于4种燃烧气氛下灰分中残留汞元素含量产生较小影响。     

油页岩流化床燃烧污染物排放特性

在小型热态流化床燃烧实验台上进行了桦甸油页岩的燃烧污染物排放特性实验研究,得到了床温、油页岩颗粒粒度、Ca/S摩尔比、过量空气系数对油页岩流化床燃烧过程中SO2、NO、NO2等污染物排放特性的影响,实验结果表明：在床温为800~950℃、Ca/S摩尔比为5~7、过量空气系数为1.4,油页岩颗粒粒度适宜时各种污染物排放量相对最低,流化床在此工况下运行最合理。然而,流化床的常规运行温度虽然对SO2排放控制有利,但却不利于NOx污染物的排放控制;随着Ca/S摩尔比的增加各种污染物排放量明显下降;随过量空气系数的增加,各种污染物排放量开始均有所增加,而后逐渐下降。     

不同温度生物质气与煤粉混燃过程及污染物排放特性

为了研究不同温度生物质气与煤粉混燃对锅炉燃烧过程的影响,基于Fluent软件,搭建生物质气和煤粉混燃模型,对某电厂亚临界300 MW机组锅炉分别进行了纯煤粉燃烧和掺烧10%的300℃、450℃和600℃生物质气4种工况的炉内燃烧数值模拟,分析不同工况下炉内速度场、温度场、组分场以及污染物NO_x分布特征。结果表明:与纯煤粉燃烧相比,生物质气掺烧后,底层燃烧器生物质气出口烟气速度增加,炉膛中心燃烧温度降低,炉膛出口O_2和CO体积分数升高,而CO_2和NO体积分数降低;随着生物质气温度的升高,相对于纯煤粉工况,其他3种掺烧工况NO_x质量浓度分别降低了15%、24%、32%。     

循环流化床富氧燃烧SO_2排放和石灰石脱硫特性研究

在50 kW循环流化床燃烧试验台上进行了大同煤在O2/CO2气氛下未添加石灰石和添加石灰石的富氧燃烧试验,试验各工况进口的氧气浓度为25%~50%,燃烧温度为850~950℃。试验研究的目标是获得燃烧温度和进口氧气浓度等参数对循环流化床富氧燃烧过程中SO2的排放特性和石灰石的脱硫特性的影响。试验研究表明:未添加石灰石时,SO2的排放量随着燃烧温度的升高而升高,随着进口氧气浓度和过氧系数的升高而降低。在相同[Ca]/[S]情况下,石灰石的最高脱硫效率所对应的燃烧温度在900℃。随着进口氧气浓度的增加,石灰石的脱硫效率显著提高,在[Ca]/[S]为3的条件下,进口氧气浓度从25%增加到50%,石灰石的脱硫效率从39.0%增加到83.5%。     

不同气氛下煤粉燃烧硫氮污染物析出的特性研究

利用水平炉在O2/N2气氛和O2/CO2气氛下煤粉燃烧进行了实验研究,对煤中硫氮排放特性进行了比较分析。发现较高温度下无机硫产生SO2较多,出现峰值的时间提前。温度升高NOx转化率增加。相同温度下,O2/CO2气氛下SO2、NO排放峰值较低。不同CO2浓度下SO2排放变化不大。挥发分NO析出几乎无影响,而焦炭NO峰值随CO2浓度升高呈减小趋势。提高O2浓度对有机硫析出的影响不大,而无机硫生成SO2的时间提前,峰值提高。NO生成峰值生成时间均提前。静态实验结果表明新型燃烧方式有利于降低SO2和NO的排放。     

循环流化床垃圾焚烧炉混烧羊毛脂废料试验研究

以生活垃圾和煤混烧的400 t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉为依托,对某大型生物医药公司的羊毛脂废料进行混烧的工业试验,了解混烧该废料对垃圾焚烧炉燃烧稳定性、炉膛温度、锅炉尾部常规污染物排放及飞灰含碳量的影响,以研究羊毛脂废料代替燃煤作为垃圾发电辅助燃料的可行性。试验表明,随着羊毛脂废料掺混量的增加,煤的添加量随之下降,烟气中的烟尘浓度,CO和SO2含量以及飞灰含碳量均有所下降;NO含量随掺混量的增加而增加,N2O随掺混量的增加而减少;HCl含量受掺混量影响不明显。随床温升高NO排放增加,CO排放下降,SO2和HCl浓度基本不变。试验表明循环流化床垃圾焚烧锅炉对羊毛脂废料具有良好的适应性。     

300 MW机组四角切圆煤粉炉空气与富氧燃烧对比模拟研究

富氧燃烧作为一种清洁能源技术可用于锅炉改造,从而降低污染物排放,回收CO2。为研究空气气氛下和富氧环境中炉膛燃烧的不同,采用数值模拟方法研究了亚临界300 MW机组四角切圆煤粉炉炉膛内燃烧的传热特性。通过调整O2体积分数、进入炉膛的烟气比率以及一次风和二次风量,可以得到和空气气氛下燃烧相近的火焰温度。研究了7种工况下的炉膛流场、温度场、O2、CO2、CO体积分数分布,以及它们在炉膛横截面平均体积分数随炉膛高度变化。模拟结果表明:不论是在富氧燃烧还是空气气氛下燃烧,炉膛内的流场分布相似,但是在同样的O2体积分数下下,将N2替换为CO2后会使炉膛内温度下降,火焰中心下移;增加O2体积分数可以改善传热特性,增加煤粉燃烧的稳定性。     

CO_2气氛下煤焦对NO还原作用的试验研究

为了探讨O2/CO2燃烧方式下高浓度CO2对煤焦-NO还原反应的影响,使用悬浮床反应器在N2和CO2气氛下对煤焦-NO还原反应进行了试验研究。结果表明:在N2和CO2气氛下,煤阶和温度都对煤焦-NO还原反应有很大影响,煤阶越低,温度越高,焦对NO还原作用越强;流化床锅炉中较高浓度的煤焦对降低NOX排放有重要作用;与N2气氛相比,CO2气氛下高浓度的CO2会抑制NO被煤焦和CO有效还原,因此O2/CO2燃烧方式下高浓度的CO可能并非是其低NOX排放的主因。