基于热解与燃烧反应重构的低NOx解耦燃烧原理与技术

解耦燃烧原理最早于1995年被用于烟煤的低氮无烟燃烧,其通过分离燃料热解与半焦燃烧,打破两反应在传统燃烧方式中的耦合作用,并通过重构热解挥发分与半焦的燃烧反应,实现挥发分完全燃烧的同时有效还原燃烧生成的NO _x。基于此方法的燃烧技术在1997年被定义为“解耦燃烧”。本文围绕固体燃料解耦燃烧高效低氮化原理、燃烧过程反应重构原则和反应过程定向调控关键要素,综合总结近三十年在煤炭与生物质解耦燃烧基础研究、技术开发、民用及工业燃烧典型应用及其实现的燃烧强化效果等方面取得的主要进展。解耦燃烧耦合其他诸如燃料再燃、燃料或空气分级燃烧、流态重构燃烧等先进燃烧技术可以进一步提高燃烧效率,降低空气污染物排放。解耦燃烧技术特别适合高含水燃料,对创新低阶煤和有机废弃物等的高效低氮燃烧新技术具有重要的科学意义和应用价值。     

白酒糟双床解耦燃烧模拟实验研究

采用实验与Aspen Plus模拟相结合的方法,以白酒糟作为富氮高含水生物质残渣的典型代表,研究了生物质残渣双床解耦燃烧的必要性与可行性. 结果表明,高水分白酒糟在普通流化床中存在点火时间长、燃烧稳定性差及NO浓度排放高(>800 mg/m3)的缺点,而采用双床解耦燃烧可减少点火时间,提高燃烧稳定性并降低NO排放浓度50%以上. 模拟结果显示,55%含水率的白酒糟可在双床系统中实现自热燃烧. 以石英砂为床料,在500~900℃的流化床燃烧实验中证实了经工业发酵的纤维素更易燃烧,且未发现白酒糟灰的烧结现象.     

煤燃烧解耦双流化床气化反应基础研究

为确定燃烧解耦双流化床气化的气化反应条件和气化反应器的设计,在直径60 mm和高700 mm的小型流化床反应器中,采用粒径8 mm以下的锅炉烟煤以间歇气化方式在1 133 K的条件下,研究了进料方式、气化剂中水蒸汽和O2含量、以及煤料粒径等因素对煤气化生成燃气反应过程的影响,重点考察了各因素对煤转化速率的作用规律.综合各因素对C转化为燃气的速度、最大C转化率及生成气热值的影响趋势,确定了适宜的煤气化操作条件为;从流化颗粒表面附近加料,气化剂中O2体积分率5%、水蒸汽体积分率35%,煤粒径小于5 mm.在该条件下,实现60%的C转化为燃气所需要的停留时间大致为600s.     

玻璃窑炉低氮燃烧技术探讨

通过对玻璃窑炉氮氧化物形成机理进行研究,得出氮氧化物形成的条件和规律,针对其不同的形成原因提出了分层燃烧技术、分阶段燃烧技术和低氮燃烧喷枪技术,以降低燃烧过程中氮氧化物的生成。通过在玻璃生产线的应用,可以实现氮氧化物生成量降低30%以上,节能2%～3%。     

低氮燃烧技术的应用

介绍了低氮燃烧技术在我公司的应用实践,采用低氮节能燃烧器、窑尾分级燃烧及SNCR脱氮技术,窑尾分级燃烧采用了脱硝专用分解炉燃烧器,改造后在保证熟料产量、热耗及质量的前提下,NO_x排放量由320 mg/Nm^3降至130 mg/Nm^3。     

流化床锅炉低氮燃烧方法研究

流化床锅炉低氮燃烧方法作为在工业领域广泛使用的燃烧方法,对于节能减排、保护环境等方面有着重要的作用。特别是在当前节能减排的大背景下,如何正确使用低氮燃烧方法成为亟待解决的难题。本文将对流化床锅炉低氮燃烧方法的炉膛温度、送风系统以及分段燃烧过程进行分析,并根据分析结果对流化床锅炉低氮燃烧方法的运用提一些意见和建议。     

热电站与流化床燃烧技术

<正> 节能和环保是保证人类社会经济发展而又不破坏人类赖以生存环境的重要措施,也是当前世界各国政府和人民最关心的问题。许多国家的实践证明,发展热电是节能和环保的重要途径。苏联十分重视热电的发展,目前热电占火电的比例是世界最高的,达到39%以上,供电煤耗是世界最低的,只有327g/kWh。由于热电联产,每年节约标准3800万t。近几年,美国也开始重视发展热电,特别是1986年以来,每年建成投产     

神华煤锅炉低氮燃烧特性研究

神华煤极易着火、燃尽,燃烧性能优良,且煤中氮、硫含量低,使神华煤在低氧和低氮结合的燃烧条件下,保持了较高的燃尽性能和较一般烟煤偏低的NOx生成量。神华煤的低硫特性保证了在贫氧(没有足够的氧气保证充分燃烧)条件下,炉内H2S含量不是太高,没有明显的高温腐蚀倾向。采用低氮燃烧后,燃烧器区燃烧强度降低,缓解了炉内结渣,部分锅炉屏区的结渣也有所缓解,提高了具有严重结渣倾向的神华煤的掺烧比例。神华煤采用低氧燃烧和低氮燃烧相结合的技术,保证了锅炉的燃烧经济性、安全性和低NOx生成特性,指标明显优于国内其他典型烟煤。     

“低氮燃烧技术+SNCR”在循环流化床燃煤锅炉上的应用

文章主要简述了低氮燃烧技术及选择性非催化还原法(SNCR)脱硝工艺的原理,循环流化床锅炉低氮燃烧改造方式,低氮燃烧技术+SNCR组合式工艺在实际工程案例中的应用情况,这种组合式脱硝工艺的优势,及这种组合式脱硝工艺所带来的经济和社会效益。     

低NOx燃气燃烧技术研究进展

气体燃料具有易于点火、燃烧迅速、燃烧完全等特点,且氮、硫、灰分低,因此燃烧后产生的污染物相对较少,属于较清洁的燃料,且国家燃气补贴政策的实施,使气体燃料燃烧近年来有很好的发展前景。但随着国家对大气污染物的控制更加严格,控制气体燃料燃烧过程中NOx的生成至关重要。笔者介绍了不同种类NOx的产生机理及影响因素,并基于NOx的产生机理提出控制措施,分析目前应用较广泛的燃气燃烧技术的低氮原理及应用现状,最后提出燃气燃烧器应用的展望。燃气燃烧过程中主要以热力型NOx及快速型NOx为主,温度和过量空气系数是影响NOx生成的主要影响因素。燃烧温度高于1 500℃时,热力型NOx呈指数型增长,温度是影响NOx生成的最重要因素。根据NOx产生机理,低NOx燃烧技术的实质是降低最高燃烧温度,控制燃烧区燃料浓度以及氧浓度,缩短烟气在高温区的停留时间,破坏NOx生成的最佳条件,最终抑制NOx的生成。低NOx燃烧技术一定程度降低了NOx的生成,但又会破坏整个燃烧进程,对燃烧和放热过程造成不利影响,降低了燃烧效率和传热效率,因此如何解决这些矛盾是亟需解决的问题。在实际应用中,应根据需求选择合适的燃烧技术,同时可将不同燃烧技术相结合起到稳燃、低氮的效果。应用较广泛的燃气燃烧技术主要是阶段型燃烧技术、烟气再循环燃烧技术、无焰燃烧技术等,其中催化燃烧技术发展前景较好,目前已应用于多个领域,其催化剂的热稳定性和寿命问题是限制其工业上广泛应用的核心问题。     

Devolatilization and combustion of large coal particles in a fluidized bed

Devolatilization and combustion of large particles of Eastern Canadian coals (Evans and Minto), 5-50 mm dia., were studied in a bench-scale atmospheric fluidized bed reactor at 1023-1173 K with 0.5 mm sand particles as the bed material. The devolatilization time, mass loss history, changes in proximate volatiles content and C/H mass ratio, and temperature history at the centre of the particle during devolatilization were determined. The mass loss during devolatilization is correlated with the proximate volatiles content of the parent coal. The devolatilization time is correlated with the initial particle diameter by a power-law relation with an exponent of 1.54-1.64. The results show insignificant effect of superficial velocity on devolatilization.     

Modelling of circulating fluidized bed combustion of a char

The combustion of a char in the 41 mm ID riser of a laboratory circulating fluidized bed combustor has been investigated at different air excesses and rates of solids (char and sand) circulating in the loop. Riser performance was characterized by an axial oxygen concentration profile as well as by the overall carbon content and particle size distribution. The proposed model accounts for carbon surface reaction, intraparticle and external diffusion, and attrition. External diffusion effects were relevant in the riser dense region where char was potentially entrapped in large clusters of inert solids. Experimental data and results of the model calculations are in satisfactory agreement.     

循环流化床锅炉燃烧过程预测控制与经济性能优化

针对循环流化床锅炉燃烧过程多变量耦合、时滞、非线性等复杂过程特性和经济运行要求,提出了一种结合经济性能优化与多变量控制的双层预测控制策略,可在实现主蒸汽压力、料床温度和烟气含氧量约束控制的基础上,优化燃烧过程的经济性能。工业应用实例表明,该控制策略不仅能有效提高燃烧过程主要工艺参数的平稳性,而且能降低单位蒸汽的燃煤消耗量,具有显著的经济效益。     

典型煤炭燃料在民用解耦炉中的燃烧实验研究

实验对比研究了烟煤块状半焦及烟煤型煤等煤炭燃料在民用解耦炉中燃烧时的污染物排放特性和炊事能力,并基于解耦测试炉对烟煤型煤的特征尺寸进行优化,验证了解耦炉具对不同种类民用煤炭燃料的适应性。结果表明,民用解耦燃煤炉具特有的结构特征和通风方式有利于NOx和CO的同时减排。若在解耦炉中燃烧烟煤洁净型煤,可进一步实现对SO2和颗粒物(PM)的有效控制。型煤尺寸对炉具污染物排放影响显著,尺寸优化后的烟煤洁净型煤在解耦炉中稳定燃烧时NO, SO2, CO和PM的平均排放浓度按基准氧含量9vol%折算后,分别低于190, 300, 380和30 mg/m3,炊事功率可达1.65 kW。     

双流化床锅炉和双流态高效洁净燃烧工艺

为了从源头控制燃煤电厂烟气污染物,实现"超低排放",在对煤燃烧过程中NOx、SO2生成机理、控制措施进行探讨的基础上,借鉴循环流化床锅炉和鼓泡流化床锅炉的技术特点,提出了双流化床锅炉技术方案及其高效洁净燃烧技术工艺,通过参数解耦等技术可以实现运行指标的优化控制,分别控制NOx和SO2的生成及脱除,从而实现煤的高效燃烧和烟气污染物的"超低排放"。通过理论分析论证和流化床运行实践佐证,双流化床锅炉及双流态高效洁净燃烧工艺可以在燃烧过程中实现污染物的"超低排放"。     

钙基添加剂对不同煤种解耦燃烧下硫释放的影响

煤燃烧后排放的硫氧化物导致的环境污染问题已经引起人们的日益关注。基于一段式和两段式卧式炉,本文探究在传统燃烧和解耦燃烧条件下,温度、煤种以及CaO对燃煤释放SO₂规律的影响。试验结果表明：不同煤种的SO₂释放规律存在差异。随着温度的升高,不同煤种燃烧SO₂的释放量均不断增加,硫的动态析出曲线逐渐由单峰分布转化为双峰分布。传统燃烧模式下,添加的CaO对烟煤、无烟煤和褐煤脱硫效率可以达到70%以上,高氯煤脱硫效率则较低,仅有12.09%～20.45%;随温度升高,烟煤、褐煤和高氯煤的脱硫效率呈现先略微下降,后升高再下降的趋势,烟煤脱硫效率则逐渐降低。解耦燃烧模式下,CaO对烟煤、无烟煤脱硫效率在42.35%～76.23%,褐煤在21.35%～52.63%,高氯煤脱硫效率仍然较低,在8.93%～10.57%;随温度升高,烟煤、褐煤和高氯煤的脱硫效率呈现先增加后降低的趋势,烟煤脱硫效率逐渐降低。解耦燃烧模式下,不同煤种SO₂的总释放量大于传统燃烧模式,添加CaO后脱硫效率小于传统燃烧模式。     

6t／h煤泥流化床锅炉的设计与研究

本文论述了煤泥的流化床燃烧技术,研究了煤泥的成型以及进行了不等开孔率△型布风板的冷态试验。成功地设计研制了6t/h煤泥流化床锅炉,并于1990年取得燃烧试验成功,为煤泥的处理和利用开辟了一条有效的技术途径。     

Mixing and combustion in a shallow coal-limestone fluidized bed combustor

A model based on the Monte Carlo approach was developed to simulate the mixing and combustion behavior of a shallow coal-limestone fluidized bed combustor. The model involved the coupling of two sub-models: a combustion sub-model based on the two-phase concept of fluidization and a mixing sub-model based on our previously developed dynamic mixing model. The combustion sub-model considered both the volatile and char combustion. It assumed that the combustor consisted of three distinct phases, i.e., jet, bubble and emulsion, with combustion occurring only in the emulsion phase. The mixing sub-model considered the upward or downward movement of a coal particle in the bed as being governed by certain probability laws; these laws were, in turn, affected by the bubbling hydrodynamics. In all, the combustor simulation model took into consideration the effects of coal feed rate, coal size distribution, limestone size, air flow rate and combustor temperature on the combustor behavior. The simulation results included the dynamic response of coal concentration profile, coal size distribution, coal particle elutriation rate as well as the mixing status between the coal and limestone particles.     

我国燃煤工业锅炉现状及分析

不同类型燃煤工业锅炉具有各自的技术优势及应用范围,为了给用户在项目立项、选择锅炉时提供正确参考,阐述了3种主流燃煤工业锅炉的技术特点、应用现状,并着重针对循环流化床锅炉和现代煤粉工业锅炉,从燃烧组织方式和技术特点两方面进行了系统的技术对比分析。经分析认为,流态化燃烧组织是循环流化床锅炉的技术基础,浓相室燃燃烧组织是现代煤粉工业锅炉的技术基础。依托密相床炉料的巨大热容量,循环流化床锅炉定位于处理高灰劣质燃料;依托低变质高活性清洁煤粉快响应着火喷燃,现代煤粉工业锅炉定位于油(气)锅炉的备份及互换。因此,二者非取舍而是互为补充的关系。