超细煤粉还原NO_x的试验研究

摘要：超细煤粉再燃技术脱氮效率高而运行费用低,易于实现。通过试验方法,研究了超细煤粉再燃技术中主要因素对N0x还原率的影响。研究结果表明：再燃燃料粒度越细,对N0x的还原性越强,最佳再燃燃料平均粒径为20μm;最佳再燃燃料的比例。对于龙口褐煤为加％,对于神府烟煤为25％;再燃燃料投射位置存在最佳值,一般煤阶越高,距主燃料喷口距离越远;最佳再燃区内的停留时间,龙口褐煤为0．63s,神府烟煤为0．75s。     

煤粉再燃降低NOx燃烧技术

社会的可持续性发展,使得对环境的要求达到一个新的高度。减少氮氧化物的排放是一个亟待解决的问题,燃料再燃技术是解决此问题的一个十分可行的方法。文章分析了燃料再燃技术的原理,论述了超细煤粉再燃NOx的排放在中试试验炉上的试验和数值模拟结果,中间储仓式热风送粉系统采用三次风再燃技术降低NOx的排放,结果表明这两种燃料再燃技术都可有效降低氮氧化物的排放。     

再燃燃料超细煤粉燃尽特性的实验研究

超细煤粉作为燃料分级燃烧技术中的再燃燃料具有可行性,可有效降低NOx的排放,由于再燃区和燃尽区的反应比较复杂,存在再燃燃料燃尽效果不稳定的现象.从煤种、粒度、过量空气系数、氧浓度、炉膛温度等几个因素分析,认为针对不同的煤种,合适的空气流量和燃尽区炉膛温度是提高再燃燃料燃尽的必要条件.     

温度对超细煤粉再燃降低NO排放的影响

超细煤粉再燃技术是控制燃煤电站NOx排放的有效方法之一。以3种煤的超细煤粉作为再燃燃料,用N2、O2、CO2、NO配制模拟烟气,在立式管携带炉中,研究了温度对再燃降低NO排放的影响。结果表明,在实验温度范围内,随着再燃区温度的增加,再燃还原NO的效果增大;对于挥发份含量较高的超细煤粉,再燃还原NO的效果受温度的影响更大;对于同一煤种,再燃还原NO的效果受温度的影响随再燃料比增加而增大。采用化学动力学理论对这种影响机制进行了分析。图2表1参6     

低NOx再燃技术中再燃燃料的特点

论述了再燃技术的原理及发展,并讨论了再燃燃料的选取原则。分析比较了天然气、煤粉、生物质以及其他几种燃料再燃技术的特点及脱硝效果。根据燃料特性和运行因素选取再燃燃料,以取得综合效益的最大化。     

煤种对超细煤粉再燃脱硝效率影响的数值研究

应用CFD计算软件FLUENT6.1,对全尺寸四角切圆锅炉超细煤粉再燃烧过程进行了三维数值模拟。以5种煤质差异较大的超细煤粉作为再燃燃料,研究其NOx排放随再燃区长度、再燃燃料投射位置、再燃区过量空气系数及再燃量的变化规律。结果表明,对于不同煤种的再燃燃料,再燃燃料投射位置存在同一最佳值;煤种挥发分越大,再燃效果越显著;NOx的脱除率随着再燃区长度的增加而增大,随着再燃量的提高亦增大。再燃区过量空气系数对NOx脱除率有重要影响,通过分析计算结果,得到了描述再燃煤粉干燥基挥发分含量Vd和再燃区过量空气系数最佳值αop关系的经验公式,为燃烧参数的优化提供了便利的途径。     

超细煤粉燃烧氮氧化物释放特性的研究

通过试验和数值模拟，对超细煤粉在一维热态煤粉炉内燃烧时煤粉粒度、炉膛温度、过量空气系数、煤种等因素对NOx释放特性的影响规律进行了研究。研究结果表明：超细煤粉NOx的排放浓度低于常规粒度煤粉；NOx的排放浓度，随过量空气系数的增加而明显增加；煤种不同，NOx释放规律不同，煤粉超细化后，龙口褐煤的排放量明显减少，晋城无烟煤则变化不大；NOx的排放浓度随温度的升高而升高，但温度升高到一定值后，NOx的排放浓度却呈现下降趋势。以超细煤粉作为再燃燃料，NOx的还原率将比常规粒度煤粉再燃有所提高，褐煤作为再燃燃料时，效果更明显。模拟计算与试验结果较为吻合。图6表2参2     

燃煤锅炉再燃技术中再燃燃料的特性与选择

论述了燃煤锅炉再燃技术中使用煤、油、烃类气体以及生物质等不同再燃燃料时的再燃反应机理及特性,分析比较了各种燃料在特定燃烧条件下还原NOx的效果,并总结了再燃燃料的选取原则。     

大型褐煤锅炉煤粉再燃技术的数值模拟

考虑煤焦还原NO的反应动力学模型,利用Fluent软件对元宝山电厂3号锅炉超细煤粉再燃的不同配风方式进行了炉膛整体的燃烧数值模拟。模拟结果表明,再燃燃料比例、再燃风中的风煤比、再燃区的大小等因素对燃烧效率和NOx排放具有重要影响。通过优化计算得到,当主燃区空气过量系数控制在1．1时,再燃燃料占总燃料的15％,再燃风中的风煤比为2,烟气在再燃区的停留时间为0．5S左右的方案是一种较好的再燃组织方式。     

超细煤粉在燃料分级燃烧技术中的应用

超细煤粉分级燃烧是当今较有发展前途的低NOx燃烧技术之一,通过试验研究的方法,探讨了超细煤粉分级燃烧技术中部分因素对NOx排放的影响,研究结果表明,对于不同煤种的主燃料,超细煤粉分级燃烧均能起到显著降低NOx排放的作用;高挥发分的褐煤、烟煤是较好的再燃燃料;煤粉越细,对NOx的还原性越强,同常规粒度煤粉再燃相比,以超细煤粉作为再燃燃料,NOx脱除率显著增加,可达到70％,最佳再燃燃料粒度为20μm;温度低于1200℃时,再燃区内温度越高,NOx的脱除率也越高。     

采用微细煤焦再燃还原NO的反应机理

以3种细度的混煤煤焦作为再燃燃料,用N2、O2、CO2和NO配制模拟烟气,在1200℃、1300℃和1400℃立管式携带炉中进行了再燃还原NO的实验研究,对其化学反应机理进行了分析.结果表明:微细化煤焦再燃还原NO的反应速率受扩散-反应动力学的联合控制.因此,提高再燃区温度水平、使用反应活性高的煤焦或提高再燃煤焦的细度,均能明显提高再燃还原NO的化学反应速率.     

再燃烧技术及其在我国的应用前景

介绍了再燃烧技术的机理及影响再燃烧还原过程的主要因素,并对再燃烧技术的发展沿革及其在我国箭景在作了进一步的分析,图2参10     

再燃过程中HCN对NOx还原的重要性

在降低ＮＯｘ排放的一系列方法中,燃料再燃是重要措施之一。通过对再燃区不同的空气过量系数和再燃温度条件下的数值计算,研究了天然气（ＣＨ４）作为再燃燃料时ＨＣＮ对ＮＯ再燃过程和再燃率的影响。再燃区模拟烟气成分为：ＣＯ２＝１６．８％,Ｏ２＝２％,ＮＯ＝０．１％和平衡气体Ｎ２。研究发现,再燃燃料中含氮组分的存在,以及再燃区的工况条件都对ＮＯｘ的再燃率有很大的影响。因此,在实施降低ＮＯｘ排放的再燃技术过程中     

煤粉再燃过程对煤焦异相还原NO的影响

利用高温携带流反应装置,研究了煤种(包括褐煤、烟煤和贫煤)、再燃区内反应温度、煤粉粒径、一次燃烧区空气过量系数SR1和再燃区空气过量系数SR2对煤焦异相还原NO作用的影响,探讨了煤焦异相还原NO的机理.结果表明:随着SR2和煤粉粒径的减小以及再燃区反应温度的提高,煤粉NO还原效率增加;在相同的SR2下,随着煤中挥发分含量的提高,煤粉粒径的增加和再燃区反应温度的降低,煤焦异相还原NO贡献上升;对于相同再燃燃料份额:SR1=1.0和SR1=1.2时煤焦异相还原NO的贡献均大于SR1=1.1时的异相还原NO的贡献.     

煤焦再燃过程中催化剂对NO还原的影响

以小龙潭褐煤、富拉尔基褐煤和大同烟煤等制成的三种煤焦为再燃燃料 ,研究了它们在再燃区内对NO的还原过程 ,分析了煤灰中金属氧化物对NO还原的影响。为了研究碱金属氧化物对NO还原的催化作用 ,本文特别研究了烟煤焦经过浸泡催化剂处理后对NO的再燃过程及对NO还原率的影响。实验是在NO初始浓度为 10 0 0× 10 -6,反应温度分别为 90 0℃和 110 0℃条件下完成的。实验结果表明 ,煤灰中金属氧化物在再燃区中对NO还原有很强的催化作用 ,原来对NO还原效果很差的烟煤焦 ,添加廉价催化剂后对NO的异相还原有很大的影响 ,在合适的反应温度和化学当量比(SR)条件下 ,煤焦中的催化剂能降低NO还原反应的活化能 ,加快NO还原反应进行的速度 ,从而提高NO的还原率。     

煤再燃过程中燃料特性对NO还原的影响

在小型流动反应器中研究了不同煤粉及其煤焦对富燃料再燃区NO异相还原的影响。实验中选用的再燃燃料为小龙潭褐煤、富拉尔基褐煤和大同烟煤及其煤焦,以及添加不同催化剂的大同烟煤焦。实验在初始NO浓度为1000×10     

停留时间对微细煤粉再燃还原NO效率的影响

以 4种细度的混煤 (烟煤与褐煤 )微细煤粉作为再燃燃料 ,用N2 、O2 、CO2 和NO配制模拟烟气 ,在 13 0 0℃立式管式携带炉中 ,对停留时间与再燃还原NO效率的关系进行了实验研究 ,分析了停留时间对再燃还原NO效率的影响机制 .在前 0 .8s内随停留时间的增加 ,NO还原率增加幅度较大 ,当停留时间继续增加时 ,NO还原效率增加幅度较小 .使用较细的煤粉可以适当缩短煤粉在再燃区的停留时间 .但是 ,如果低于 0 .6s ,NO的还原效率会大幅度下降 ,煤粉燃尽率也会降低 .这是因为煤粉的热解、挥发分的释放、NO的还原以及煤粉的燃烧需要一定的反应时间 .为使这些反应得以充分进行 ,0 .8s的停留时间是必需的     

煤粉再燃过程中最佳停留时间的实验研究

采用实验研究了煤粉再燃过程中停留时间与氧浓度影响脱硝效率的依赖关系,发现最佳停留时间与煤粉着火状态有直接关联。在再燃温度及氧浓度较低时,煤粉尚未着火,同相脱硝作用在整个脱硝反应中占优,最佳停留时间与烟气中碳氢化合物的消耗速率有关。随着再燃区氧浓度进一步上升,挥发分着火,大量挥发分被燃烧反应消耗掉,最佳停留时间与挥发分着火时间基本吻合,过多延长停留时间对脱硝没有实际意义。氧浓度更高时煤焦被挥发分的燃烧热引燃,颗粒大幅升温,煤焦的异相脱硝作用在总体脱硝作用中开始占优,并随停留时间延长持续上升,此时最佳停留时间的确定应与煤粉燃尽一起来考虑。