焦炉煤气低NOx燃烧技术研究进展

介绍了焦炉煤气燃烧NOx排放情况和NOx生成机理,总结了废气循环、空气分级、燃料分级、高温贫氧、浓淡偏差燃烧、低NOx燃烧器、催化燃烧等低NOx燃烧技术的研究进展,指出实现焦炉煤气低NOx排放燃烧是以后的研究重点。低NOx燃烧技术与传统的焦炉、锅炉等燃烧方式相结合,可望实现焦炉煤气的高效、低污染排放燃烧。     

旋流燃烧器发展历史及国外典型旋流燃烧器

介绍了旋流燃烧器的发展历史和传统旋流燃烧器、分级燃烧式旋流燃烧器、低NOx旋流燃烧器的结构及原理。对国外的典型旋流燃烧器结构及特点进行了详细的介绍,并指出了在应用中存在的问题,对开发国产新型低NOx煤粉燃烧器提出了一些建议。     

水泥工业氮氧化物减排的途径

0 引言 NOx的减排实现途径可从燃料生命周期的3个阶段入手,即燃烧前、燃烧中和燃烧后[1-3].当前,燃烧前脱氮的研究很少,几乎所有的研究成果都集中在燃烧中和燃烧后的NOx的控制.国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施,把燃烧后的NOx控制措施统称为二次措施,又称为烟气脱氮技术.目前,燃烧中NOx控制技术主要是指低氮燃烧技术,该技术是根据燃料在燃烧过程中NOx的生成机理,通过改进燃烧技术来降低NOx的生成和排放,大致可分为两类,即低氮燃烧器和分级燃烧技术(包括空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术).     

全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用

分级燃烧技术和再燃脱硝技术在操作过程中除了分风、分煤等的硬件设施外,还需要围绕烧成主线的全系统精细化操作,粗放的操作模式不能有效降低氮氧化物的排放。由于现有的技术还不能实现低成本、有效地NOx的减排,因此,有必要进行观念的更新、技术的整合和参数的优化,提高低氮燃烧的效率,实现水泥窑炉的低氮排放。针对当前低氮燃烧技术的应用现状,我公司开发了全过程低氮燃烧技术,该技术是在分级燃烧技术的基础上进一步研发的降低系统NOx排放量的技术,将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体纳入系统控制,从抑制NOx的生成和还原已生成的NOx两方面入手,对燃料品质、燃料制备质量、燃料与助燃空气的合理分布,燃烧器的旋转动量与轴向动量等影响因素进行科学合理地调控,实现对窑炉温度场和气氛场的系统控制,实现窑炉全过程 NOx的形成控制及还原分解。     

300 MW贫煤锅炉低氮燃烧系统改造及性能优化

针对300 MW贫煤锅炉,进行了低NOx燃烧系统改造和性能优化实验,研究了低氮燃烧器组合深度空气分级低氮燃烧技术对贫煤燃烧锅炉NOx排放的影响规律和控制效果.结果表明,锅炉采用新型低氮燃烧器、全炉膛深度分级燃烧改造后,锅炉SCR脱硝系统入口NOx浓度可由改造前约1 100mg/m3(干态,6%氧量)下降至改造后的460mg/m3(干态,6%氧量)左右,氮氧化物排放浓度平均降幅达到50%以上.改造方案及实验结果可为贫煤燃烧锅炉低NOx燃烧改造和运行优化提供借鉴.     

加热炉新型低氮火嘴在线更换改造

由于燃烧方法及条件对NOx的生成有直接影响,可以通过采用低NOx的燃烧器改变燃烧方法,达到降低Nox含量的目的。选择新型低NOx的燃烧器需考虑单台热负荷、燃料气性质、给风量、温度、炉膛的高度,以及炉管与燃烧器的距离等因素,低氮燃烧器在200万t/a柴油加氢装置火嘴改造中的应用取得了较好的效果。     

新型低氮燃烧器在加热炉脱硝改造中的应用

抑制燃气燃烧装置产生的NO_x对保护大气环境是至关重要的一个方面。通过采用低NO_x的燃烧技术,改变燃烧条件抑制氮氧化物生成,从而降低NO_x的排放。影响燃烧过程中NO_x生成的主要因素是燃烧温度、烟气在高温区的停留时间、烟气中各种组分的浓度以及混合程度,对其进行了探讨。由于燃烧方法和燃烧条件对NO_x的生成有较大影响,因此可以通过改进燃烧技术来降低NO_x。选择新型低NO_x的燃烧器需考虑单台热负荷、燃料性质、空气供给量、温度、炉膛的高度,以及炉管与燃烧器的距离等影响因素,低氮燃烧器在加热炉脱硝改造中的应用取得了较好的效果。     

水泥回转窑系统低氮燃烧技术设计介绍

<正>水泥回转窑系统低氮燃烧技术是应用广泛、经济实用的NOx减排措施。它通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低NOx的形成,具体来说,是通过调节燃烧温度、烟气中的氧气浓度及烟气在高温区的停留时间等方法来抑制NOx的生成或还原已生成的NOx。低氮燃烧技术包括低氮燃烧器、分解炉空气分级燃烧及分解炉燃料分级燃烧等。笔者参与了多个水泥厂低氮燃烧技术的选择,本文对此给予介绍,并举例说明分解炉     

新型低氮燃气分级燃烧器燃烧特性和NOx排放的CFD研究

应用CFD软件Fluent数值模拟了某二甲苯塔再沸炉在役油气联合燃烧器燃烧和NOx排放特性,分析了其NOx排放浓度较高的原因,提出了新型低NOx燃气分级燃烧器的改造方案,并数值模拟了新型燃烧器空气预热温度Tair、过剩空气系数α和主辅喷枪燃气质量分率Rp对辐射室壁面热通量、出口温度、火焰高度和炉膛出口NOx排放浓度的影响。针对在役燃烧器的模拟结果与现场运行数据吻合良好,说明所选模型能够正确模拟炉膛内部的流动、辐射、燃烧和NOx生成过程。新型燃烧器模拟结果表明,增加Tair会增加辐射壁面热通量,同时也会增加NO的排放;辐射壁面热通量随α增加而降低,NOx排放浓度随α增加而增加;Rp对炉内传热和NOx排放的影响并不明显。当Tair = 220℃、α = 1.05及Rp= 0.24时,新型燃烧器在模拟范围内达到最佳运行工况,辐射壁热通量为37.45kW/m2,NOx排放浓度为12.1μL/L。     

预分解系统分级燃烧技术的工业试验研究 及工程应用

分析了国外公司在新型干法水泥生产线应用分级燃烧技术降低NOx排放方面存在的问题,并针对性的开发了适合已有水泥生产线改造的分级燃烧技术,并将其应用于工业试验和工程实践中。实践表明,在满足原燃料和操作条件下,分级燃烧系统可以有效降低NOx排放,其脱氮效率为10%~15%。     

水煤浆MILD燃烧数值模拟研究

为解决水煤浆常规燃烧存在的运行稳定性差等问题,以IFRF炉为研究对象,采用数值模拟方法尝试对水煤浆燃料进行了MILD燃烧研究。结果表明,在燃料输入功率不变的条件下,水煤浆MILD燃烧相对于常规旋流燃烧,流场的回流区域更大,烟气循环更加强烈,整体的炉膛温度更低,分布更加均匀,峰值温度最高降低了227 K,燃烧反应速率更慢,燃烧反应区面积存在区域更大,整个炉膛基本处于低氧氛围下,尾部烟气中的NO_x排放降低了50%以上。此外,水煤浆浓度的改变对炉膛流场几乎没有影响,但可以降低炉膛整体温度以及尾部烟气中NO_x排放。     

环形喷嘴预混无焰燃烧的数值模拟(英文)

This paper reports an investigation of Computational Fluid Dynamics (CFD) on the influence of injection momentum rate of premixed air and fuel on the flameless Moderate or Intense Low oxygen Dilution (MILD) combustion in a recuperative furnace. Details of the furnace flow velocity, temperature, O2, CO2 and NOx concentrations are provided. Results obtained suggest that the flue gas recirculation plays a vital role in establishing the premixed MILD combustion. It is also revealed that there is a critical mo-mentum rate of the fuel-air mixture below which MILD combustion does not occur. Moreover, the momentum rate appears to have less significant influence on conventional global combustion than on MILD combustion.     

裂解炉用低NO_x燃烧器国内技术进展

综述了裂解炉用低NOx燃烧器的发展方向和技术开发的国内进展情况,介绍了低NOx燃烧器的CFD模拟结合理论研究和冷热态试验的研发手段,这些技术将满足裂解炉对火焰形状、热通量分布、NOx排放和操作稳定性的要求,提升具有自主知识产权低NOx燃烧器的市场竞争力。     

A numerical study of accelerated moderate or intense low-oxygen dilution (MILD) combustion stability for methane in a lab-scale furnace by off-stoichiometric combustion technology

Moderate or intense low-oxygen dilution (MILD) combustion has become a promising low-NOX emission technology, while the delayed mixing of reactants and slower oxidation rate could potentially cause igni-tion instability in some scenarios. This paper proposes a new idea for enhancing the ignition stability for methane MILD combustion by combining with off-stoichiometric combustion (OSC), and its perfor-mances have been numerically assessed through a comparison against the original MILD combustion bur-ner. The results reveal although non-premixed pattern has the lowest NO emission, it suffers from a larger liftoff distance, thus less ignition stability. Contrarily, both partially-premixed and fully premixed patterns exhibit excellent ignition stability. Among the considered OSC conditions, the pattern of Inner ultra-rich and Outer lean produces the lowest NO emission while maintains a high ignition stability. Furthermore, the enhancement of the combustion stability by implementing OSC to the original MILD combustion burner is shown by comparing the operational range of furnace wall temperature (Tf), CO and NO emissions, as well as the evolution of chemical flame. The comparison reveals that OSC can extend the lowest operational Tf from 900 K to 800 K. More importantly, OSC can significantly improve the ignition stability in the whole range of Tf as compared to the original MILD combustion burner.     

波瓣喷嘴燃烧室燃烧特性的数值模拟

建立了波瓣式燃油多点喷射燃烧室模型,考察了波瓣诱发涡系对燃烧室燃烧特性的影响。采用文献的多点喷射燃烧室实验的空载、30%载荷、巡航与起飞4种工况,对波瓣喷嘴燃烧室内的流场涡系结构、燃烧多物量场及燃烧特性进行了数值模拟。结果表明,不同油气质量比下随空气质量流量增加,每个工况下的流向涡、正交涡等无量纲涡量逐渐增大,出口温场品质逐渐提高,NOx排放逐渐降低,燃烧效率和出口温度场改善。波瓣喷嘴燃烧室实验台的水流模型实验结果验证了模型计算结果的正确性。     

中国煤的燃烧和NOx排放特性研究

Seven Chinese coals ranking from anthracite to sub-bituminous from the Shanxi province were selected for study to forecast the combustion and NOx emission behavior.Three UK,one Indonesia and one South Africa coal was included in the study for reference.A flat flame-turbulent jet apparatus was employed to assess flame stability,ignition performance and NOx emission behavior for the initial stage of devolatilization and combustion. This apparatus can simulate particle heating rates,maximum temperatures and the influence of the turbulent fluid interactionson the fate of volatiles.To simulate processes occurring over longer residence time, additional devolatilization experiments were performed in a drop tube furnace.Char reactivity was studied through thermogravimetric analysis.Finally,fouling propensity was studied with the aid of a purpose-built laboratory combustor that enabled the characteristics of the ash deposit to be assessed empirically.The results show that Chinese coals do not appear to possess unusual features in respect of NOx formation,flame stability and ignition,char burnout and ash slagging.The range of coals available in China appears sufficiently broad that suits all requirements.In particular,Shenfu coal,with its initial fast devolatilization and nitrogen release rates and its low initial nitrogen content and high char reactivity,will perform well when fired in industrial boilers as far as NOx emission,flame stability and combustion efficiency are concerned.Pingshuo coal exhibits high char reactivity and an attractive slagging performance suggesting that this fuel represents a good compromise between NOx emission and overall plant efficiency.     

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NOx排放特性研究

随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格,NOx控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NOx排放控制技术,富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业,然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NOx减排效果,笔者以神府烟煤作为燃料,利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况,采用热态试验方法,研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NOx排放特性,并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NOx排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比(以主燃区过量氧气系数表示)、二次风氧浓度等关键因素对NOx排放的影响。结果表明:富氧空气分级燃烧的NOx排放显著低于单级供风燃烧,同时也低于空气分级燃烧的NOx排放。主燃区温度为1 300~1 500℃时,富氧空气分级燃烧的NOx排放减少比例比分级配风燃烧提高了6~12个百分点;富氧空气分级燃烧条件下,随主燃区温度升高,煤粉燃烧更加充分,燃料中N元素分解成NHi、HCN等大量中间产物,使主燃区气氛的还原性增强,被还原的NOx比例增加。因此,NOx排放降低且NOx排放减少比例呈现上升趋势;富氧空气分级燃烧的二次风配比对NOx排放具有显著影响,随着主燃区过量氧气系数的升高,NOx排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比,使NOx排放浓度最低。主燃区温度为1 300℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.58;主燃区温度为1 500℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.55;在主燃区过量空气系数给定的条件下,提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间,并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境,促进煤粉充分燃烧,从而增强主燃区气氛的还原性,降低NOx的生成。因此,当二次风氧浓度为21%~31%时,NOx排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高,NOx排放的降低趋势逐渐放缓。     

配风方式对燃煤锅炉掺烧污泥影响的数值模拟研究

燃煤耦合污泥发电技术研究主要聚焦在掺混比等条件的影响,而主燃区过量空气系数等因素的影响规律尚不清晰。鉴于此,采用涡耗散模型对600 MW四角切圆煤粉锅炉掺烧市政污泥进行数值模拟研究,分析了污泥掺混比例、主燃区过量空气系数以及二次风配风方式对燃煤锅炉内污泥掺混燃烧及NOx生成的影响。结果表明:随着污泥掺混比增加,炉膛整体温度下降,影响燃烧稳定性,同时炉膛出口NOx浓度有所降低。当污泥掺混比例增长至20%,炉膛出口温度约下降100 K,NOx浓度减少53.2%。而污泥掺混比例对于炉膛内速度场分布影响较小。随着主燃区过量空气系数由0.72增加至0.96,炉膛出口温度增幅较小,仅增加15 K左右,而NOx浓度则大幅增长,由174.39 mg/m3增长至352.09 mg/m3,约增长50.4%。在本文过量空气系数范围内,考虑温度和NOx浓度,推荐主燃区过量空气系数0.84。不同二次风配风对燃煤锅炉掺烧污泥影响差异较大。5种配风方式下,炉膛出口温度和NOx浓度有较大变化。鼓腰配风下炉膛出口温度最低,为1 289 K,而倒塔配风温度最高,为1 341 K。同时鼓腰配风下NOx浓度较高,为207.77 mg/m3,束腰配风NOx浓度较低,为156.42mg/m3。综合温度和NOx浓度,本文二次风配风推荐采用束腰配风方式。