循环流化床锅炉超低氮氧化物排放理论与实践

循环流化床(CFB)能够燃用低热值燃料,在我国广泛应用。其重要优势是无成本的低氮氧化物(NOx)原始排放,这是缘于CFB较低且均匀的燃烧温度及其固有的燃烧还原性气氛。随着中国燃煤电站污染排放要求日益严格,CFB燃烧原始NOx排放浓度超过了排放限制的最新要求。笔者理论分析了CFB燃烧过程,根据CFB燃烧条件下NOx生成与还原的途径,认为可以通过气固流态的优化调控NOx生成与还原反应,进一步降低NOx的原始排放。进而提出流态优化的工程实现途径:提高床质量、减少粗颗粒床存量、增加循环量。详细讨论了该技术路线的基本原理:床质量提高、粗颗粒床存量减少以及循环量增加,可显著强化燃烧过程中的密相区和稀相区的还原性气氛、减少NOx生成,并在稀相区乃至分离器中加强对生成的NOx的还原,配合合理的床温和风配比,使CFB锅炉在不采用烟气脱硝条件下,实现NOx低于50 mg/m3。该技术设想的关键点经实验室验证后,在150、260和560t/h CFB锅炉上进行了工程实践。运行效果表明,通过流态优化后,NOx排放显著下降,可达到NOx原始超低排放;同时,未见由此导致的燃烧效率显著降低;这些原始超低排放工程案例涵盖了烟煤、贫煤和无烟煤。通过流态设计优化降低NOx排放浓度的技术路线为CFB锅炉NOx控制提供了一条新途径。     

基于霍金斯指标的传感器故障重构研究

在基于主元分析的传感器故障检测方法中,Hawk insT2H指标对部分传感器故障的检测优于常用的SPE指标。但目前对T2H指标的研究并不充分,尚需要对T2H指标进行故障重构能力的分析。利用几何投影的概念,研究了T2H指标的传感器故障重构问题,并得出了该指标的故障可重构条件。应用数据仿真实验验证了T2H指标的传感器故障重构计算方法的有效性。     

高水分城市生活垃圾干燥过程的动力学分析

通过在马弗炉内对高水分城市生活垃圾(白菜茎和土豆块)进行干燥试验,分别获得了其在炉内的失重率曲线,结果显示:当干燥温度高于120℃时,白菜茎经过25 min,失重率已超过80%;对土豆块,经过相同的时间时,失重率仅为30%。同时根据试验结果拟合整理出了试验温度范围内两种高水分垃圾干燥过程的Arrhenius方程和动力学参数,结果表明:高水分生活垃圾的活化能较低,其干燥过程可以在较低的温度下进行。     

排粉机内部气固两相流动特性研究

采用通用计算流体力学软件Fluent对某9-26型排粉机内部气固两相流在出口风速不均匀条件下进行了三维数值模拟.结果表明,排粉机出口固相浓度的不均匀性与相同条件下实际测量结果基本一致;排粉机本身的离心力以及蜗壳内气流的夹带导致固体颗粒向排粉机蜗壳的外侧面、后侧面聚集,该现象可以用于改善排粉机出口的颗粒分离.     

加入CH4促进选择性非催化还原的CFD模拟研究

在实验研究和机理分析基础上利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent,结合简化的反应机理模型,对沉降炉脱除NOx实验过程进行了模拟研究。模拟结果表明,在较低反应温度(1 073 K)下,喷入的氨基还原剂基本不与烟气中的NOx反应,形成较高的氨泄漏;而在较高的反应温度(1 373 K)下,喷入的氨基还原剂部分被烟气中的氧气氧化为NOx,导致NOx脱除效率较低。加入微量CH4能够促进较低温度下的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)反应,并减少氨泄露。在较高温度下SNCR反应速率加快,仍有部分NH3被氧化为NOx,但总体NOx脱除效率有所提高。模拟结果与实验结果的对比分析表明,采用简化的反应模型和CFD结合可以对常规SNCR反应和加入CH4的脱除NOx反应过程进行较为准确的模拟。     

钠冷快堆中熔融池模型的建立与验证

快堆在超设计基准事故下运行时,会导致钠沸腾和干涸,如果不能及时停堆,接着就会产生燃料元件的熔化坍塌,在组件盒下部形成熔融池.为了对熔融池给出合理的安全分析,采用机理建模的方法,建立了完整的熔融池模型,并在法国的SCARABEE系列实验中的BF1三种功率的实验上进行了验证,和实验吻合较好,通过和所验证过的GEYSER及BF2等实验模型进行比较,得出了有关熔融池机理的相关结论.通过排热和温升等相关数据的比较,对熔融池向外的排热形式给出了合理分析,并得出了相关结论.     

海水西调用于火力发电的研究

分析了海水由渤海西调用于冷却我国北方众多的空冷火电机组的可行性.计算表明,如果全部利用海水来冷却我国已投运和将投运的空冷火力发电机组,则每年可以节省标煤近800万t,减少CO_2排放2000多万t,同时能够向当地大气蒸发水汽10亿多t,获取粗盐3 000万t以上,经济与生态效益显著.海水西调远期效益包括缓解我国西北土地荒漠化现象,增加可利用土壤面积,降低沙尘暴发生频率等.     

基于传热系数的高温循环流率测量方法研究

循环物料流率是循环流化床锅炉中重要的设计和运行参数,但其热态在线测量一直是难点。基于换热原理进一步改进和完善了在线测量循环流率的方法,通过热态试验研究了影响高温颗粒与管壁之间传热系数的因素,并且利用热态试验数据和Borodulya等提出的对流传热系数预测模型进行了关联式推导,从而将传热系数和颗粒流率相关联。结果发现,传热系数的影响因素包括颗粒流率、颗粒温度、颗粒粒径等;热态试验测量得到的物料流率值与预设值的误差在±25%内;在实际流率工况下,该方法可以将物料流率和传热系数一一对应,在较宽的流率变化范围内都具有良好的预测能力。根据研究结果,测量中传热系数确定后,由计算模型可以获得物料流率,即实现高温物料流率的测量。换热法测量循环流率的原理简单,成本低廉,通过研究进一步提升了其实用性,在循环流化床锅炉的循环流率测量领域具有广阔的应用前景。     

330 MW CFB锅炉偏床运行问题原因分析及解决措施

针对某330MW CFB锅炉运行过程中出现的长时间稳定的偏床运行现象,对其产生机理和影响因素进行了分析,尤其是一次风温总体偏低及两侧一次风温偏差对偏床运行的影响,针对300 MW CFB锅炉提出了降低负荷、提高一次风体积流量等现场处理措施和控制一次风温偏差等预防措施。结果表明:通过这些措施彻底解决了偏床运行问题。     

煤粉细度对NO_x生成的影响

利用平面携带流反应器模拟煤粉在炉膛中燃烧的高温环境,研究了不同煤粉细度下NO_x的沿程分布,并研究了煤粉体积分数对NO_x生成的影响.研究结果显示,对于相同细度的煤粉,NO_x体积分数随着高度的增加呈现先增加后下降的趋势.煤粉细度的减小明显降低了NO_x体积分数,而煤粉体积分数的增加会导致NO_x体积分数增加.基于实验中得到的煤粉细度与NO_x排放的关系,对减小煤粉细度进行了经济分析,并对传统的煤粉经济细度定义进行了讨论和修正.