循环流化床燃烧的NO_x生成与超低排放

日益严格的环保标准对循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉NO_x的原始排放提出更高的要求。在对CFB燃烧中NO_x生成和还原过程深入理解的基础上,认为强化炉内不同区域的还原性气氛是进一步挖掘CFB燃烧NO_x原始超低排放潜力的关键。根据床内气固流动特性与还原性气氛的关系,提出了一条低氮燃烧技术路线,其核心是通过提升循环系统的性能来提高床质量、增加循环量。将该技术进行了工程验证,实践表明,在同时满足飞灰中位径小于12μm、d90小于54μm、底渣平均直径小于200μm、稀相区的物料悬浮浓度高于5 kg/m3时,仅通过燃烧控制,NO_x原始排放显著降低,基本达到超低排放目标。这为循环流化床锅炉的NO_x治理和低成本污染控制提供了一个更具竞争力的方向。     

循环流化床燃烧条件下焦炭表面NO_x还原机理研究进展

为使CFB锅炉达到NO_x原始超低排放,需要更加深入地理解煤炭燃烧过程中NO_x生成和还原机理,其中焦炭对NO_x的还原(NO_x-char反应)被认为是CFB含氮反应体系中最重要的环节之一.综述了文献中对NO_x-char反应的研究结果 ,围绕基本反应过程、焦炭中矿物杂质作用和影响因素三个部分,较为全面地阐述了焦炭表面NO_x还原过程.研究表明,碳原子除可直接作为还原反应物外,还可为CO,H_2,NH_3等还原性气体提供吸附表面从而间接还原NO_x,同时焦炭中的K,Fe,Ca等具有催化活性的矿物杂质能明显促进NO_x-char反应.多种还原作用共同存在使得NO_x-char反应的影响因素众多,包括煤种、热解条件、反应温度、焦炭粒径、碳燃尽率、CO/O_2/H_2O/SO_2等环境气体、焦炭中矿物杂质含量和化学组成等.另外,很多情况下这些因素并非独立作用,而是相互影响,且常在不同条件下对NO_x还原表现出"促进-抑制"两重性质.未来还需更加深入地研究焦炭表面NO_x反应体系,特别是定量描述不同影响因素的作用,建立CFB全炉膛NO_x排放模型,从而为深度挖掘循环流化床技术的低氮燃烧潜力奠定理论基础.     

循环流化床超细石灰石炉内脱硫研究

分析了石灰石粒径对循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉炉内脱硫效率的影响,并且在中试规模和工业规模的CFB锅炉上,研究了超细石灰石的炉内脱硫效果。在3MW(th)中试CFB试验台上分别进行了d50=10μm的超细石灰石与d50=310μm的粗石灰石的脱硫实验,结果表明,当细石灰石的钙硫比分别为3.05、3.19和3.30时,脱硫效率可以达到91.5%,95.1%和98.2%;而粗石灰石在钙硫比为3.41时可实现98.3%的脱硫效率;当SO2排放浓度降到约为80mg/m~3时,采用粗石灰石脱硫的氮氧化物排放浓度约为细石灰石的两倍。在220t/h CFB锅炉上,采用d50=10μm超细石灰石粉,在钙硫比为1.82条件下,SO2排放浓度可控制在22.6mg/m~3,脱硫效率为99.53%。实验结果表明,超细石灰石具有较好的脱硫性能,并且在减少催化NOx生成方面具有一定的优势。     

高参数生物质循环流化床锅炉技术研发与应用

发展生物质直燃循环流化床（circulating fluidized bed,CFB）锅炉技术对促进我国能源转型和双碳目标的实现具有重要意义。将高温受热面布置在炉内,利用循环物料持续冲刷清洁受热面可有效抑制沾污和腐蚀。对于尾部对流受热面积灰和沾污,则可采用顺列管束布置方式,以及大节距、小管径、低烟速和平行流设计予以解决。除利用生物质夹带黏土缓解床料结焦外,通过提升物料循环系统性能改善包括燃料颗粒在内的流化质量,并辅以床温有效调控手段,从而通盘解决生物质锅炉燃烧效率和全回路防结渣团聚问题。基于该技术开发的3台高蒸汽参数生物质CFB锅炉可在宽负荷范围内稳定运行,未发生过因受热面积灰结渣导致的停炉,锅炉效率超过91%,NOx和SO2原始排放直接满足超低排放要求,各项性能指标基本达到甚至优于设计要求。     

钙基脱硫剂对循环流化床NOx排放影响研究进展

近年来提出的燃煤电厂大气污染物超低排放标准对CFB锅炉的污染物治理提出了更高的要求。为解耦CFB锅炉高效脱硫和低NO_x排放之间的矛盾,需要更加深入了解钙基脱硫剂对含氮反应的影响。目前普遍认为,石灰石脱硫和NO_x排放2个过程,通过各含钙化合物相互转化和对含氮反应选择性催化构成一个整体,而影响其中任一环节的因素都可能使最终NO_x排放量发生变化。笔者围绕CFB燃烧条件下NO_x基本反应,各含钙化合物间相互转化规律和表面选择性含氮催化反应性,以及烟气组分、温度和配风等影响因素,阐述了钙基脱硫的影响。通常,投放钙基脱硫剂会导致NO_x排放量升高,N_2O排放量降低,这是多方面因素共同作用的结果,如CaO催化挥发分氮氧化生成NO、促进CO等还原性气体氧化消耗、促进N_2O分解等。而脱硫产物CaSO_4及CaS等也对NO还原表现出明显的催化活性,实践发现基于钙基脱硫和喷氨脱硝的同步脱硫脱硝技术是可行的。未来还需进一步定量研究石灰石脱硫与NO_x排放之间的相互作用规律,并在此基础上开发一体化脱硫脱硝技术,以期实现CFB锅炉NO_x和SO_2的双超低排放。     

制焦条件对煤焦燃烧反应性的影响

煤的反应中绝大部分化学能在焦炭反应阶段释放或转化,相关研究中采用多种方法在不同环境条件下制焦以进行后续研究,而煤焦反应性又受热解条件影响很大。为研究制焦条件对煤焦燃烧反应性的影响,本文在不同热解温度下分别采用马弗炉、管式炉和鼓泡床3种方法制焦,利用热重分析法(TGA)比较各焦样的燃烧反应性,并借助化学渗透析出(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)模型和单颗粒传热模型,对各条件下煤颗粒的热解进程,如颗粒温度、挥发分析出总量、残余旁链结构份额等随时间变化规律进行了模拟。主要内容包括:①实验结果表明,热解环境温度越高,煤焦着火延迟,燃烧反应性越低,即存在"热失活"现象。而从CPD模型计算结果可以看出,热解温度越高,最终析出的挥发分总量越高(煤样工业分析结果也验证了残留在焦炭中的挥发分物质含量随热解温度升高而减小),且残留在碳网中的旁链结构份额越少,反映出酚羟基、羰基、脂肪侧链等的裂解加剧,减少了焦炭表面反应活性位点数量,可能是导致煤焦"热失活"的主要原因之一。另外,对各焦样的孔隙结构测量表明,热解温度越高,微孔与中大孔的相对比例逐渐减小,大量微孔相互缩并,导致孔隙直接连通率降低,气体扩散阻力增大,同样不利于焦炭燃烧。②不同制焦方法对煤焦反应性同样存在很大影响,相同热解温度下,鼓泡床、管式炉和马弗炉制得焦样的燃烧反应性依次降低。模型计算表明,马弗炉、管式炉和鼓泡床内煤样升温速率依次增大,煤焦反应性的差异可能与热解升温速率及热解气氛有关。对此,CPD模型尽管反映出热解进程不同,但热解终态3者近似相同,尚无法解释制焦方法对煤焦反应性的影响,还有待后续进一步研究。     

基于动态平衡预测纳米颗粒流化床内聚团尺寸分布

准确预测纳米颗粒流化床内聚团尺寸对研究纳米颗粒流化具有重要意义。鉴于目前文献中主要根据力平衡模型得出聚团尺寸平均值,然而聚团尺寸实际呈宽筛分分布,本工作从动态平衡角度,采用分子动理论中麦克斯韦气体速率分布律类比流化床内聚团速度分布,建立基于微观作用力的聚团解聚—重聚模型,并用以预测纳米颗粒流化床内聚团尺寸分布。通过比较聚团间结合力和分离力的相对大小,判断聚团结合和破碎;在分离力中,碰撞力起着至关重要的作用,且与聚团相对运动速度关系密切。预测结果显示,纳米颗粒流化床内聚团尺寸呈现卡方分布。将模型预测值和文献中的实验数据进行对比,包括TiO_2、Ni、SiO_2等颗粒的团聚尺寸,发现大部分偏差在20%以内。     

粉煤循环流化床燃烧技术

双碳背景下，作为燃煤发电的重要组成部分，循环流化床(CFB)燃烧技术实现了劣质燃料的高效清洁利用，也是未来参与电网深度调峰的主力。然而，CFB锅炉在负荷调节速率、深度低负荷及低负荷下的NO_x排放控制、受热面磨损等方面还有较大改善空间。为此，提出了粉煤循环流化床(Powdered Coal-Circulating Fluidized Bed, PC-CFB)燃烧技术，将燃料粒度由传统的0～10 mm宽筛分分布缩减为0～1 mm的窄筛分分布，在低床存量下实现足够高的循环流率，通过流态调控化学反应，强化低氮燃烧需要的还原性气氛，并为延长细颗粒石灰石在炉内的停留时间提供了保证，同时改善锅炉燃烧性能。更为重要的是，由于燃料粒度降低，化学反应速度即热量释放变化速率得以提高；辅助以循环干预措施，可提高传热率的变化速度，二者综合可以改善负荷变化率。燃料粒度的变化必然导致床料粒度降低，显著改善了深度低负荷能力以及低负荷下的NO_x排放炉内控制能力。该思想得到模型验证：当燃料粒度由常规缩减到0～1 mm时，床料粒度大幅降低，稀相区物料悬浮浓度提高，循环流率提高了约...     

碳中和背景下循环流化床燃烧技术在中国的发展前景

循环流化床（CFB）燃烧技术因其独特的低成本污染控制优势得到了高度重视，近年来我国在此领域的技术发展取得了长足的进步。回顾了我国CFB燃烧技术的发展历程，从最初的跟踪学习到技术创新，走出了一条适应中国国情的独立创新发展道路，先后开发出高性能CFB锅炉、节能型CFB锅炉和超低排放CFB锅炉，同时提高蒸汽参数和大型化，引领了CFB技术的国际发展。目前我国成为世界上CFB锅炉最大的设备供应商和使用者，CFB发电机组作为我国燃煤发电体系中的重要组成部分，为可靠廉价电力供应和劣质燃料消纳做出了重要贡献。碳中和条件下，煤炭作为保底能源在电力系统安全托底中不可或缺。作为低热值煤以及难燃高硫无烟煤的高效清洁发电利用的主要方式，CFB锅炉应在深度调峰和快速变负荷灵活性方面展现更大优势。结合新能源高比例消纳的调峰需求，可以开发粉煤CFB锅炉技术、探索分布式小容量高参数CFB锅炉、挖掘CFB机组0～100%负荷长周期压火与快速热态启动潜力，进一步提高CFB机组运行灵活性；在运行灵活性基础上发挥CFB锅炉燃料灵活性的优势，突破高硫无烟煤超超临界高效发电与超低排放同步实现的难题，消纳煤炭绿色开采洗选副产的劣质燃...