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。     

富氧燃烧系统

一、富氧燃烧燃料燃烧时需要氧气,它通常是由空气中的氧(21体积%)来提供的.剩余空气的大部分气体为氮.含有二氧化碳的燃烧废气携带许多热量排出系统外.在这种废气中氮所占比例是相当大的.图1所示为氧气浓度与废气的容量比.采用普通空气的理论空气量进行燃烧时,其废气量定为1,利用富氧空气燃烧时的废气容量比即为图中所示的情况.利用含氧为27%的富氧     

O2/CO2气氛下烟气物性参数对燃煤锅炉对流传热影响的模拟研究

新疆准东煤作为一种可开发利用前景广阔的高碱金属煤种,易沾污结渣特性极大限制了其高效利用。前人大量研究了准东煤在常规气氛下的燃烧特性,但鲜见其在富氧气氛下的燃烧和传热特性研究。为了研究富氧气氛下燃用准东煤对碱金属释放及换热器传热性能的影响,运用化工流程分析软件Aspen Plus建立空气和富氧气氛下准东煤燃烧工艺流程模型并进行反应模拟。通过控制氧燃比恒定并调节O_2/CO_2配比进行变工况分析,使准东煤燃烧绝热火焰温度与空气气氛下较为接近,对应工况下锅炉内具有相似的温度分布。借助吉布斯反应器模拟得出反应物系在满足相平衡和化学平衡的条件下所得产物组分及状态参数、Na元素的赋存与转化规律,为预测Na元素释放形式提供参考。由于富氧燃烧烟气富含高浓度CO_2且水蒸气含量增加,富氧燃烧方式下燃煤烟气的传热特性将发生显著差异。运用带有Boston-Mathiasα函数的Peng-Robinson立方状态方程(PR-BM物性方法)对准东煤在空气和富氧气氛下燃烧产生的烟气进行物性估算,对比分析不同气氛下烟气密度、比热容、导热系数、黏度随温度的变化规律,为分析空气及富氧气氛下准东煤燃烧烟气的对流传热特性差异提供更为准确的参数。采用外掠管束强制对流传热修正计算方法分析了不同燃烧气氛下锅炉烟道内各对流受热面的传热性能。并采用CFD软件对一束高温再热器管屏进行"烟气-管壁-蒸汽"流固耦合传热数值模拟,对比空气及富氧气氛下燃煤烟气物性参数对换热器传热系数的影响。结果表明:40%O_2/60%CO_2气氛下,Na元素释放规律与21%O_2/79%N_2基本一致。随着烟温的降低,Na存在形式逐渐由NaCl和NaOH向Na2SO_4转变。但烟气再循环的富集作用会加剧准东煤灰沾污结渣。由于富氧燃煤烟气中三原子气体浓度增加,物性参数发生变化使得对流传热性能增强,各对流受热面传热系数为常规工况的1. 24～1. 27倍。在换热器结构和烟气及蒸汽入口流速、温度相同时,富氧工况下再热器各管圈对流传热系数较常规工况增加约21. 43 W/(m~2·K),出口蒸汽平均温度提高约11. 32 K。     

煤在富氧流化床燃烧条件下汞的析出及形态分布

目前有关于富氧气氛下流化床燃烧汞的形态转化特性的报道还不是很多,因此本文开展了富氧气氛下煤种对汞形态转化特性的影响的实验研究。采用流化床作为实验设备,选用徐州烟煤和淮北烟煤作为实验燃料,研究了空气气氛下不同温度和不同煤种对汞析出规律的影响,富氧气氛下煤种对汞形态转化规律的影响,并深入分析了相应的汞氧化机理。研究结果表明：在空气气氛下,温度的增加会促进汞的氧化,煤中的含硫量对汞的氧化也有影响;在富氧气氛下,徐州烟煤燃烧产生的气态总汞浓度高于淮北烟煤燃烧产生的气态总汞浓度,徐州烟煤的Hg²⁺（g）的分布率也比淮北烟煤的Hg²⁺（g）的分布率高出16%左右,因为徐州烟煤中高含硫量会影响Hg²⁺（g）的分布率;富氧气氛下徐州烟煤的Hg²⁺的分布率低于空气气氛下的,而淮北烟煤的Hg²⁺（g）分布率则与之相反,这与两种煤中硫含量的不同有关。     

高温富氧燃烧过程中煤灰特征元素对煤粉成灰特性的影响

沾污结渣是富氧燃烧锅炉运行的主要问题之一,由于CO2和N2辐射传热和化学性质的差异,富氧锅炉内壁沾污结渣情况更加严重。近年来学者针对富氧情况下煤灰的沾污结渣情况进行了系统分析,得出了较为详实的结果,但仍缺乏富氧情况下基于煤灰内特征元素和气氛对于煤粉燃烧成灰的相关研究。选取煤粉结渣中的关键元素Ca、Na、Fe作为特征元素,选取特征元素的氧化物或氢氧化物作为添加剂,选取灰成分以Al、Si为主的山西无烟煤作为试验煤样,定量研究富氧情况下特征元素对于煤粉高温成灰特性的影响。结果表明,特征元素含量较高时,相比较空气气氛,富氧气氛下煤粉的反应时长减少20～50 min,且随氧气浓度增大,煤粉反应时长逐渐增加;高Fe煤和高Na煤的灰熔融温度比基准煤降低了150℃左右,但Ca对于煤灰的变形温度影响不明显;富氧情况下,高Ca煤中随着氧气浓度升高,出现钙硅铝酸盐和莫来石晶相,随温度升高,钙长石等硅铝酸盐生成,Na、Fe等元素非晶相化加强;高Fe煤中Fe随着氧气浓度升高从氧化物向硅铝酸铁转变,随温度升高,顽火辉石与磁铁矿含量升高,钙铁硅氧化物含量先增加后减少;高Na煤得到的低氧煤灰Na主要以霞石成分存在,氧气浓度升高导致其逐渐转化形成硅酸钠盐;随温度升高,Na的形态会从稳定的酸式盐向硅酸钠盐或其他稳定非晶体转变。     

氧气加入方式对富氧燃烧特性影响规律的数值研究

以一种天然气冲天炉富氧燃烧器为研究对象,并建立了燃烧器燃烧的物理模型和数学模型。利用CFD软件Fluent分别模拟研究了在不同空气和燃料预热温度下两种氧气加入方式对富氧燃烧的火焰温度分布状况、NOx生成量等燃烧特性的影响规律,为以后该类型燃烧器的设计提供了理论依据。     

大规模富氧空气燃烧煤(石千)石生产水泥

1 富氧空气燃烧的基本概况众所周知,氧气为助燃物,增加空气中氧浓度能增强燃烧过程热强度。然而,工业上实际应用富氧空气燃烧的过程还不太普遍。目前,主要用于金属冶炼方面。如雷氧炼钢,富氧炼铁,富氧炼铜、铝等。某些企业用富余工业氧气,在空气中渗入,从而提高加热炉热强     

富氧富水蒸气条件下燃烧高氮燃料的NO_x排放特性

在富氧富水蒸气条件下,研究了富含氮的燃料白酒糟在流化床中燃烧时NO_x的排放特性。结果表明,在过量空气系数1.2条件下,水蒸气和O_2对NO_x的生成相互影响。当O_2浓度低于约35%时,向燃烧气中加入水蒸气能抑制NO_x生成,使烟气中NO_x的排放浓度和燃料N转化为NO_x的转化率降低;而当氧气浓度高于约35%时,加入水蒸气促进了NO_x生成,表明提高氧气浓度使得氧化作用起到主导地位。NO_x生成量随温度的升高先增加后减少,在较高氧气浓度下,NO_x生成量随温度升高而降低的转折点发生在较低的温度;燃烧气氛中添加水蒸气延迟了转折点的发生,使转折点发生在较高温度。     

富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为

选取SJS烟煤,利用高温管式炉模拟富氧燃烧,在600~1400℃温度范围内研究了O₂浓度、CO₂浓度及温度对砷挥发的影响,并进行了空气燃烧模式下的对比实验。对不同工况下的灰样进行FTIR表征并结合化学热力学软件模拟进行分析,结果表明:富氧气氛和空气气氛下煤中砷的挥发比例均随温度升高不断增大,并在低温区间(<900℃)和高温区间(>900℃)分别出现了砷的剧烈失重,但O₂浓度和CO₂浓度影响了不同气氛下砷的具体挥发行为。低温下(<900℃)O₂浓度是影响砷挥发的主要因素,O₂浓度越高,砷的挥发比例越大;相同O₂浓度下,CO₂浓度越高,砷的挥发比例越低,CO₂的存在抑制了煤中砷的挥发。高温下(>900℃)CO₂浓度是影响砷挥发的主要因素,富氧气氛下高CO₂浓度对热量的阻碍导致相同条件下砷酸盐发生分解需要更高的温度,因此富氧气氛下砷的挥发较空气模式滞后;此外CO₂在煤颗粒表面形成还原性气氛,高价态砷化合物向不稳定的低价态砷化合物转变,低价态砷化合物的快速分解导致高温下富氧气氛中砷的挥发速率较常规空气模式快。     

富氧燃烧条件下锅炉燃料燃烧影响因素研究

以他人建立的富氧燃烧条件下锅炉燃料燃烧计算为框架,结合富氧锅炉热力系统的特点,运用Visual Basic 6.0开发了富氧燃烧条件下燃料燃烧计算软件,分析了锅炉操作参数中氧气浓度对锅炉效率、空气量、烟气量的影响;分析了富氧燃烧条件下排烟温度、过量氧气系数对锅炉热效率的影响。结果显示:理论空气量和理论干烟气量随着氧气浓度的增加而减少;锅炉热效率随着氧气浓度的增加和过量氧气系数的减小呈上升趋势,而且排烟温度越高,锅炉热效率上升越慢;低氧气浓度下,氧气浓度的变化对锅炉燃烧用空气量、烟气量、锅炉热效率、燃料消耗量的影响较为显著;高氧气浓度下,影响相对减弱。     

Production of synthesis gas from methane using compression ignition reformer

A new form for a partial oxidation compression ignition reformer, which is different from existing methods of reformation, is suggested to which the concept of super-adiabatic combustion is applied. In addition, experiments are conducted on variables such as the oxygen/methane ratio, the total flow rate, the intake preheating temperature, and the oxygen enrichment ratio, all of which affect the production of hydrogen, in order to understand the optimal features of the movement of the reformer. Results showed that the concentration of hydrogen and carbon monoxide was 20.84% and 13.36%, respectively, under the optimal standard conditions of an oxygen/methane ratio of 0.26, a total flow rate of 106.5 L/min, and an intake preheating temperature of 355 oC. Under the same conditions, the concentration of hydrogen decreased to 20.31% when the oxygen enrichment ratio was 55.6%, while that of carbon monoxide increased to 20.85% when the oxygen enrichment ratio was 50.33%.     

膜对低浓度苯富集技术研究

本文用扫描电镜对CSM膜进行结构表征,照片显示出膜表面均匀平整,膜与支撑层结合紧密,增强了膜的强度和稳定性。利用CSM膜对C6H6/空气体系进行富集。考察了原料气浓度、原料气流量、渗透侧压力和操作温度对富集效果的影响。实验结果表明：随着原料气中苯浓度的增加,富集率先增大后减小;随着原料气流量的增加,富集率明显降低;随着真空度的增大,富集率明显增大;温度对富集率的影响不大。当原料气操作温度为293.2K、苯的浓度为40×10-6、渗透侧压力0.067MPa、流量为150L.h-1时,CSM膜对低浓度苯的富集效率可达25%。     

回转窑二次风富氧燃烧的数值模拟

针对一实际尺寸的回转窑建立模型,分别进行了空气助燃(21% O₂)和二次风富氧(23% O₂)燃烧的数值模拟研究。结果表明,二次风富氧后,高温区覆盖形状没有明显变化,仍呈“棒槌状”;在回转窑前端,煤粉挥发分与焦炭燃烧速度加快,整体温度有所提升,最高温度由2386 K增至2427 K,壁面所接收的辐射量得到了提升;但NO_x的生成量也大幅度提高,其中出口处NO_x由247 mg/m³增至367 mg/m³。考虑到制氧成本问题及NO_x排放问题,在二次风中进行富氧燃烧的总体效果不够理想。     

中小型燃煤烟气脱硝实验研究

介绍了选用NH3作还原剂,活性炭作催化剂,在低温(<200℃)和氧气存在的条件下,选择性催化还原(SCR)NOx的技术和反应机理,研究了氧气浓度、NOx入口浓度和烟气温度对脱NOx率的影响。实验表明:当氧气体积分数为6%、烟气温度为45℃时,采用直径为8mm～9mm的圆柱体活性炭,脱NOx率最高,达92%,选择性催化还原烟气脱硝技术适宜于中小型燃煤烟气的脱硝。     

二氧化碳和富氧空气对甲烷与乙烯燃烧的影响

利用碳氢燃烧实验台,研究了二氧化碳和富氧空气对甲烷、乙烯层流燃烧火焰的特性影响,分析了不同气氛下火焰结构特性和温度分布规律. 结果表明,随氧浓度从21%增加到50%(j),甲烷、乙烯火焰高度下降70%,火焰温度和亮度同时增加,且发光区域呈向下收缩趋势;相同氧浓度下,乙烯火焰亮度高于甲烷. 随CO2浓度由0增加到20%(j),火焰高度增加28%,各高度处火焰边缘温度平均下降290℃,中心温度平均下降132℃. 火焰亮度降低,由黄色变为暗黄色,底部亮度更低,CO2浓度超过20%(j)后,火焰出现悬浮状态,最终被吹熄.     

回旋区内喷吹煤粉燃烧行为的数值模拟

建立了直吹管-风口-回旋区下部区域内气固流动、传热和煤粉燃烧的数学模型,基于实际高炉工艺参数,借助商业软件通过数值模拟的方法研究了煤粉粒度、鼓风含氧量和鼓风温度对煤粉燃尽率的影响. 结果表明,煤粉粒径由120 mm降低到70 mm,燃尽率提高35.928%;鼓风含氧量由21%增加到30%,燃尽率上升16.542%;而鼓风温度由1423 K增加到1498 K,燃尽率仅提高8.897%. 脱挥发分过程和氧气供应是决定燃尽率高低的两大因素. 此外,在研究变量对喷吹煤粉燃尽率的影响时,模拟区域应同时包含直吹管、风口和回旋区.     

A study on the start-up and performance of a kW-class molten carbonate fuel cell (MCFC) stack

A kW-class internal-manifolded molten carbonate fuel cell (MCFC) stack (52 cells) was assembled with inorganic adhesive under a suitable stacking pressure. The organic compounds in the matrices were burnt out under the conditions of slow and uniform elevation of temperature and big flow of oxygen gas in the stack. The stacking pressure dropped with elevating temperature. The output power of the stack at 150 mA cm⁻² was 1025.5 W when the reactant gas pressure and utilization were 0.5 MPa and 20%, respectively. The thermal-electrical efficiency of the stack was enhanced by increasing the pressure of the reactant. However, it was contrarily decreased when current density was increased.     

沸石法卤水/苦卤钾富集工艺

采用离子交换技术,研究了以硝酸钠为洗脱剂,富集生产硝酸钾的新工艺。主要研究了沸石法富集卤水/苦卤中钾离子的过程工艺参数,考察了洗脱剂浓度和洗脱温度对洗脱效果的影响。结果表明：在原料为卤水、采用硝酸钠溶液作为洗脱剂的洗脱实验中,高温、高浓度的洗脱剂有利于沸石柱的洗脱,当温度为80℃、硝酸钠溶液质量分数为46%时,富集后的钾离子浓度由原料浓度的0.84g/L提高到15.95g/L;改变原料的浓度,在原料为苦卤、硝酸钠溶液作为洗脱剂的洗脱过程中,高温同样有利于沸石柱的洗脱,当温度为80℃、硝酸钠溶液质量分数为46%时,富集后的钾离子浓度由原料的8.93g/L提高到23.34g/L;表明该方法适用于低钾卤水和高钾苦卤,且原料中钾离子浓度越高,饱和吸附量越高,所得富钾卤水中钾离子浓度越高。该研究为未来硝酸钾的生产工业化提供了新思路。     

High-efficiency combustion of natural gas with 21-30% oxygen-enriched air

This investigation was aimed at studying the influence of 21-30% oxygen concentration on the heating rate, emissions, temperature distributions, and fuel (natural gas) consumption in the heating and furnace-temperature fixing tests. Increase in the oxygen concentration led to a more rapid heating rate and lesser fuel consumption due to lower levels of the inert gas (N₂). When the oxygen concentration was increased from 21% to 30%, the heating rate was increased by 53.6% in the heating test and the fuel consumption was reduced by 26.1% in the furnace-temperature fixing test. Higher oxygen concentrations yielded higher flame temperature; hence, the NO_x emission increased with increasing oxygen concentration. However, the increase of NO_x emission in the furnace-temperature fixing test was less than that in the heating test. Moreover, the NO_x emission was more sensitive to the excess oxygen at higher oxygen levels. The CO₂ concentration in the flue gas increased linearly with the oxygen concentration. Additionally, the temperature distributions became progressively nonuniform with increasing oxygen concentration because the convective heat transfer coefficient was altered.     

铁烧结矿富氢还原动力学

通过还原实验并结合热力学和动力学分析,研究了高炉富氧喷煤条件下炉缸煤气(H2-CO-N2)中H2体积分数变化时烧结矿的富氢还原行为. 结果表明,还原气体中H2含量为10%时,700, 900和1000℃下烧结矿的还原度分别比H2含量为0时提高15.3%, 11.5%和11.4%;温度越高还原速率越快,还原结束时间大幅度提前,由700℃时的180 min缩短到1000℃时的90 min;H2含量为10%时Fe2O3和FeO转变速度加快. 动力学分析表明,还原初期为界面反应控制,中后期为内扩散和界面化学反应混合控制.