循环流化床燃烧中NOx及SO2排放特性试验研究

总结了在国电热工研究院1MWthCFBC试验台上进行的工程煤种和石灰石及烟煤在循环流化床燃烧试验中NOx及SO2排放特性,重点分析了床温、Ca/S,排烟氧量等因素对NOx及SO2排放特性的影响。     

流化床富氧气氛对SO2排放特性的影响

为了研究富氧燃烧气氛下煤在流化床中燃烧SO2排放特性,利用小型流化床反应器,以褐煤和无烟煤为试验原料,分别在21%、29%、42%和56%O2/CO2气氛下进行了燃烧试验,探究了燃烧气氛对流化床煤燃烧中SO2排放的影响。结果表明,在O2/CO2气氛下,随着氧气浓度的提高,2种不同类型的煤在770℃燃烧后,SO2排放量逐渐升高,褐煤SO2排放量从925×10-6增加到6 526×10-6,无烟煤的SO2排放量从1 310×10-6增加到5 357×10-6。与无烟煤相比,褐煤升高趋势更为明显。氧气浓度对SO2析出速率的影响显著,在15 s甚至更短时间使得SO2析出达到更高的峰值。氧气浓度从21%增至29%时,转化S显著增加,之后随着氧浓度增加,转化S增长趋缓。从机理上解释,高氧浓度为硫化物析出提供了更充足的氧气,促进了SO2的生成,同时高氧浓度加速了挥发分和焦炭的燃烧速度,改善了煤的燃烧和燃尽特性。通过增强煤本身的自热效应,煤燃烧过程加快,促进煤中硫元素的释放,SO2排放量也相应增加。随着氧浓度的增加,褐煤的CO保持在相对稳定的水平,说明氧浓度的变化对此影响较小。褐煤挥发分高,容易出现停留时间不足,导致不充分燃烧,烟气中含有一定量CO等气体。SO2的排放除了与氧气浓度有关外,主要还与煤中含硫量有关,通常含硫量越高,煤燃烧产生的SO2越多。由于试验煤种含硫量均较高,因此SO2排放量处于较高水平,在富氧燃烧过程中,针对含硫量较高的煤种,应充分考虑SO2排放控制问题。灰分也会影响SO2排放量,SiO2和Al2O3对SO2转化为SO3的影响较小,而CaO和MgO作用明显,煤灰中Fe2O3、K2O等含量对此转化过程也有一定影响。     

以煤焦混合物为燃料的循环流化床锅炉SO2排放特性

在工业运行的410 t·h^-1循环流化床锅炉上进行烟煤、70％烟煤＋30％石油焦和50％无烟煤＋50％石油焦的燃烧试验,研究了运行参数对SO₂排放特性的影响。结果表明,3种燃料均能达到良好的燃烧效果,炉内温度场分布均匀。在相同燃烧条件下,不同燃料SO₂排放量与其中的含硫量呈正相关关系。SO₂排放量随温度的升高先减小后增大,存在最佳脱硫温度;随钙硫比的增大而减小;随过量空气系数的增大而减小;随飞灰再循环量的增大而减小。对于不同种类的石灰石,大比表面积和高比孔容积的石灰石对SO₂有较好的脱除效果。考察了燃用不同燃料的最佳温度、钙硫比和过量空气系数,阐述了飞灰再循环和石灰石微观结构在循环流化床锅炉脱硫中的机理和作用,以期对循环流化床的设计和运行工作提供指导。     

循环流化床大气污染物排放模型研究

随着国家对燃煤电厂大气污染物的排放要求日益严格,循环流化床锅炉因为煤种适应性好,大气污染物排放量低而越来越受到重视。为研究循环流化床大气污染物的排放规律,并对实际运行提供科学依据,从循环流化床锅炉燃烧机理入手,将入炉煤分为挥发分和待燃烧的即燃碳。SO2与NOx的生成也随之分为2部分:一部分随挥发分燃烧立即生成,另一部分随即燃碳燃烧生成。炉内SO2脱除量主要重视钙硫比,而炉内NOx自还原量则主要与炉内即燃碳量和一氧化碳浓度相关。以此为基础推导出了脱硫塔入口SO2浓度与NOx浓度模型。模型在某330 MW亚临界循环流化床的运行数据上得到验证,模型计算值与实际值拟合度较好,且较实际值提前2～4 min,消除了由于大气污染物测点位置原因带来的测量延迟,具有很好的预测效果。探究了炉内即燃碳量与脱硫塔入口SO2浓度和SNCR入口NOx浓度之间的关系,计算结果表明,在脱硫剂变化不大的情况下,即燃碳量变化趋势与脱硫塔入口SO2浓度变化趋势相同,与SNCR入口NOx浓度变化趋势相反。最后在原有运行数据上改变了风量和煤量后利用模型进行计算,结果表明煤量不变而风量提升会降低脱硫塔入口SO2浓度,但会提高SNCR入口NOx浓度,而煤量提升对大气污染物排放浓度的影响与风量提升相反,该计算结果对实际运行有一定指导作用。     

1.5 MW循环流化床锅炉内煤与垃圾混烧的烟气特性

通过对1.5 MW循环流化床锅炉内煤与垃圾混烧产生的烟气中的CO、HCl、SO₂、NO_x、H₂O、二噁英等成分进行在线监测,发现原煤燃烧排放的CO浓度要高于添加垃圾后排放的CO浓度,随垃圾加入比例的增大,不完全燃烧份额增加,相应的CO排放值逐渐提高。由于原煤含硫量远高于垃圾含硫量,因此随着垃圾加入比例的增大,烟气中的SO₂浓度有所降低。烟气中HCl浓度随着垃圾加入比例的增大几乎呈直线增加。而烟气中NO_x浓度则呈现出含量下降的趋势,这证明循环流化床锅炉可以抑制NO_x总量的生成,但N₂O的排放浓度会有所增加。此外,随着垃圾加入比例的增大,烟气中的H₂O和二噁英含量也有所增加,成为该工艺实际应用过程中需要考虑的问题。     

循环流化床锅炉SO_2超低排放技术研究

针对循环流化床锅炉污染物生成量较低的特点,分析了锅炉SO_2生成量的影响因素,不同脱硫工艺的优缺点,结合试验研究结果和工程应用实例提出了循环流化床锅炉实现SO_2超低排放的技术。结果表明:循环流化床锅炉SO_2生成量取决于煤的硫分中可燃硫所占比例、煤灰中CaO等碱金属氧化物含量和锅炉运行参数,运行参数中床温影响最大;通过优化锅炉运行参数降低SO_2生成量,炉内干法高效脱硫和烟气脱硫相结合的深度脱硫技术可以实现SO_2超低排放的目标,并具有更高的调节灵活性和运行可靠性;烟气脱硫工艺的选取上,CFB-FGD半干法脱硫工艺相对于石灰石-石膏湿法脱硫工艺更具有经济优势。     

生物质与煤共燃研究(Ⅱ)燃烧性质分析

对低温热解生物质和煤共燃的燃烧性质进行了研究。在热解温度300℃,热解时间30min下对三种生物质（锯屑、谷壳和花生壳）的热解产品、长焰煤、无烟煤、热解锯屑和长焰煤混样（1：10）、热解锯屑和无烟煤混样（1：10）七个样品的燃烧热重分析发现：热解生物质的燃烧性能相近,组成结构相似,主要分为挥发分释放燃烧阶段和焦炭燃烧阶段,分别位于30℃－400℃和400℃－500℃之间,其出现分别较煤的温度低;长焰煤与热解锯屑混燃可以有效地降低着火温度,而热解锯屑与无烟煤混燃时,由于燃烧性质差异较大,是分别燃烧,不产生协同效果;热解锯屑与长焰煤、无烟煤共燃能够有效地提高煤的着火性能,在总体燃烧性能上,虽然热解锯屑明显好于长焰煤和无烟煤,但混合后对其改变不大。     

煤和油页岩的循环流化床固体热载体转化工艺

<正> 我们从研究油页岩的低温干馏出发,考虑到煤的综合利用问题,根据多年经验,并总结了国内外在这方面的研究成果,运用“单体构成系统”的方法,把一些成熟和先进的单体技术进行优化组合,构成为一个系统,称为煤和油页岩的循环流化床固体热载体转化工艺。该工艺是实现煤炭综合利用、城市煤气     

生物质与煤共燃研究(Ⅰ)生物质的低温热解

介绍了生物质与煤共燃的研究流程及其主要的研究方法,通过对三种主要农业剩余生物质（锯屑,谷壳和花生壳）热解过程中的失重率变化,物理性质变化,工业分析变化,元素分析变化和发热量变化的研究发现,三种生物质在热解温度220℃-300℃,热解时间30min-60min下进行低温热解时,热解过程主要受热解温度控制,受热解时间控制较弱,随热解温度升高,热解时间延长,生物质的热失重率逐渐升高,生物质逐渐变得易于研磨。在工业分析上挥发分逐渐减少,固定碳及灰分不断提高,水分含量大幅下降;在元素分析上O元素的含量不断下降,C元素的含量不断上升,从而发热量不断增加,研究表明,当热解温度为270℃-300℃时,热解生物质的各项性质可与煤接近。     

循环流化床锅炉的制煤系统改造

循环流化床锅炉燃烧的特点是宽筛分的煤粒在适当的气流速度下,在床中一边沸腾运动、一边燃烧,它既不同于煤粉锅炉燃烧方式,也不同于层燃炉的燃烧方式,而是经筛分的各种不同大小的煤粒沸腾燃烧。入炉煤的颗粒度对循环流化床锅炉的点火启动、运行控制、燃烧效率、风帽及理管的安全运行有很大影响。1我公司循环流化床锅炉存在问题我公司使用的三台75t／h循环流化床锅炉,系哈尔滨锅炉厂利用美国燃烧动力公司技术设计制造的FICIPC型细粒子低速循环流化床锅炉,属国内首次使用。我公司第一台循环流化床锅炉子1998年10月开始投运,该锅炉给…     

生物质与煤混烧时PM10中痕量元素分布的研究

选取两种典型生物质与两种煤,将两种生物质与两种煤按质量百分比为1：3分别进行混合,得到4种燃料,然后分别在l150℃,N／O比l：1和4：1两种气氛下在沉降炉上进行实验,研究了混烧产生的PM10中4种部分挥发性痕量元素（Mn,Pb,Zn和Cr）的分布行为．结果表明：S,Cl和N／O比对Mn的挥发性影响均很小,Cl对Pb和Zn的挥发行为有促进作用,S则相反．而S,Cl对Cr的挥发行为均有抑制作用．N／O比变化对Cr元素的影响最为明显,而对Mn,Pb和Zn的影响均不大,N／O比减小有助于Cr挥发性的增强．     

循环流化床锅炉灰平衡和循环倍率计算方法的研究

正确地确定循环流化床锅炉的灰平衡计算方法和循环倍率是循环流化床锅炉性能设计的基础。阐述了循环倍率和灰平衡计算的重要性，并从灰平衡计算方法分析出发，给出了各节点灰量和循环倍率的计算公式，找到了完善这一计算方法的关键参数ａｙｈ。     

不均匀布风的内循环流化床特性研究

开发了一种新型的内旋流流化床气体分布板 ,像传统内循环流化床气体分布板一样 ,该分布板也有两个区域 ,但产生内循环的机理不同 ,其内循环不是由两个区域的不同气体流速产生 ,而是由两个区域的不同气体通量控制 ,中部为低开孔率区 ,运行时呈移动床状态 ,周围为高开孔率区 ,运行时呈流态化状态 ,两种状态共同作用 ,实现物料在床的内部循环     

ＣＦＢ稀相段直长对颗粒内循环流动规律的影响

采用光纤探头测定Ｄ１m射流循环流化床（半圆形）稀相区颗粒速度、颗粒浓度和颗粒流通量的径向分布规律,并考察了操作条件及其轴向的影响,实验结果表明,在循环流化床（ＣＦＢ）中,颗粒流动在床层径向有较大的不均匀性,并呈明显的内循环流动结构,进而考察了影响其流动规律的,以期进一步理解循环流化床颗料流动机理,强化和改善反应器的设计操作。     

流化床气化炉的数学模拟

以文献为基础，简要介绍了文献中的流化床气化炉的数学模型，将其分为热力学平衡模型和速率模型；重点分析了速率模型，根据所用流体力学模型不同将其分为全混模型、两相模型、鼓泡床模型和气泡汇集模型。最后针对现状提出了流化床气化炉数学模型的发展方向。     

循环流化床锅炉结焦浅析

结合循环流化床锅炉近几年的实际运行情况,从点火、运行中结焦原因、现象及预防处理等方面对流化床锅炉结焦问题进行讨论与总结。     

COAL PROPERTY EFFECTS ON N2O AND NOx FORMATION FROM CIRCULATING FLUIDIZED BED COMBUSTION OF COAL

The effects of coal properties on N₂O and NO_x formation from circulating fluidized bed combustion of coal was examined through burning nine typical coals and a coal shale, widely used in China over a wide range of coal ranks, in a bench-scale circulating fluidized bed. It was found that N₂O and NO_x formation had similar dependence on coal rank. Fixed carbon content and nitrogen content were the most important coal properties to influence N₂O and NO_x emissions from circulating fluidized bed combustion of coal. A coal with high fixed carbon content had high conversion ratio of fuel-N into N₂O and NO_x. The conversion ratio of fuel-N into N₂O or NO_x increased with nitrogen content of coal, whereas it decreased with O/N ratio. No significant correlation between conversion ratio of fuel-N into N₂O or NO_x and C/N ratio was identified. To clarify the coal property effect, investigation of a wide range of coal rank, is important.     

循环流化床锅炉的安装方案与实施

介绍某石化公司热电事业部420t／h循环流化床锅炉的安装经验．该锅炉在安装中消除了以往同类工程中易出现的问题,投运后机组运行稳定,各项主要运行指标达到设计考核标准,实现了机组168h试运后不停机连续运行80d的优异成绩．     

外循环流化床生物反应器的特性及应用

针对固定化增殖细胞发酵酒精的特点,研制与开发了一种新型外循环流化床生物反应器和大规模制备固定化细胞颗粒的方法和装置。考查了固定化细胞颗粒流化特性,外循环速度对液相停留时间分布的影响,宏观发酵动力学及固定化增殖细胞发酵酒精的特点及历程。设计并完成了665L 中试规模的放大试验,连续运转近3个月。实验结果表明:以未处理无灭菌的废甘蔗糖蜜为原料,用海藻酸钙包埋的固定化酵母颗粒连续发酵酒精,终酒精浓度为8～10%(v/v),对糖收率>92%,反应器生产能力达12kg/(m~3·h)。     

AN EXPERIMENTAL STUDY OF LIQUID-PARTICLE FLOW IN CIRCULATING FLUIDIZED BED

A liquid-solid circulating fluidized bed (LSCFB) is operated at high liquid velocity, where particle entrainment is highly significant and between the conventional liquid fluidized bed and the dilute phase liquid transport regimes. LSCFB has potential applications in the fields of food processing, biochemical processing, and petrochemical and metallurgical processing. It is well known that the flow characteristics in a liquid-solid circulating fluidized bed are different from those of a conventional liquid-solid fluidized bed. The limited studies available in literature do not provide complete understanding of the flow structure in this typical regime.

In the present work, experiments were carried out in a 0.0762 m ID and 3 m height laboratory-scale liquid-solid circulating fluidized bed apparatus by using various solid particles and tap water as fluidizing medium. In the experimental setup, two distributors (specially designed) were used to monitor solid circulation rate in the riser. The effects of operating parameters, i.e., primary liquid flow rate in the riser (Up), solid circulation rate (G_s), and particle diameter (dp), were analyzed from the experimental data. Finally, a correlation was developed from the experimental data to estimate average solid holdup in the riser, and it was compared with present experimental and available data in the literature. They agree well with a maximum root-mean-square deviation of 7.83%.