城市污泥流化床燃烧过程中气态污染物排放特性

在6kW_th鼓泡流化床实验台上进行了城市污泥的燃烧实验,研究了烟气再循环气氛和空气气氛下燃烧温度、过量氧气系数、二次风比率对气态污染物排放特性的影响。研究结果表明：燃烧温度升高,NO排放浓度明显升高,SO₂排放浓度亦呈上升趋势;过量氧气系数提高,NO排放浓度呈显著上升趋势,SO₂排放浓度则呈下降趋势;增大二次风比率,NO排放浓度呈现先降低后升高的趋势,但总体减排效果并不明显,SO₂排放浓度出现少量增长;烟气再循环工况下,NO排放浓度随燃烧温度和过量氧气系数变化的趋势与空气气氛燃烧时一致;烟气再循环率从0增加至1,NO排放浓度明显下降;烟气再循环率达到较高值后,NO排放浓度随之提高而降低的趋势减弱;烟气再循环率逐渐升高过程的前期,烟气中CO浓度出现显著升高;再循环率超过0.3后,CO浓度在一定范围内波动,不再升高。     

新型低氮旋流燃烧器NOx排放特性

为应对燃煤工业锅炉日益严苛的排放标准,提出了一种新型低NO_x旋流燃烧器,将煤粉预燃与燃烧器空气分级、炉膛空气分级进行耦合,通过改变燃烧系统的配风布置对煤粉预燃燃烧状态进行调整,研究了一次风率、内外二次风率、外二次风入射方式、循环风率和燃尽风率对NO_x排放特性的影响。结果表明:在试验工况下当一次风率从15.4%提高到28.7%,预燃室内氧气浓度增大,一次风携带的氧气可直接将煤粉热解释放挥发分中含氮化合物HCN、NH_3等中的N氧化为NO,NO_x生成量由284.4 mg/m~3逐渐增至326.7 mg/m~3。当内外二次风率比由0.46增大到1.4,NO_x排放浓度先下降后上升;由于内二次风量影响预燃室内过量空气系数和湍动强度,外二次风量影响炉膛内部主燃区煤粉发生燃烧反应的湍动混合强度,在二次空气配比变化的综合作用下,内外二次风率比为1.0时,NO_x排放值最低为211.2 mg/m~3。随着外二次风内部入射风量与端面入射风量比值由0增大到4.56,NO_x生成浓度先下降后上升;由预燃室端面入射的外二次空气射流边界较长,主燃区相对较大,燃烧整体较为均衡,而从预燃室内部入射的外二次风促进了预燃室出口气粉混合物在炉膛内与助燃空气的混合;当外二次风内部、端面射流风率比为0.25时,煤粉在预燃室出口区域的湍动强度提高,在局部还原性气氛下,NO_x生成浓度有最低值230.9 mg/m~3。当循环风率从0增大到30.6%时,内外二次风中氧气浓度降低,预燃室和炉膛主燃区还原性气氛增强,挥发分中含氮化合物HCN、NH_3等中的N迁移形成N_2的概率增加,NO_x排放量由250.7 mg/m~3逐渐降低到221.1 mg/m~3。随着燃尽风率由0提高到29%,NO_x排放值先减小后增大;燃尽风率提高时二次风率随之降低,内外二次风湍动扩散能力减弱,主燃区还原性气氛增强;燃尽风率进一步提高使得主燃区氧量不足,燃尽区氧化性氛围较强,大量焦炭和含氮化合物在燃尽区发生氧化反应,导致NO_x生成量增加;当燃尽风率为19.6%时,NO_x生成值最低为253.5 mg/m~3。整体上,当一次风率为17%～19%,内外二次风率比为0.8～1.0,外二次风由预燃室端面入射,循环风率为15%～20%,燃尽风率为19%～22%时,NO_x排放值为212～231 mg/m~3,相比试验工况下最大NO_x排放量下降29%～35%。     

膜式水冷壁结构燃磷塔的开发与传质传热的数值模拟（Ⅱ）传热特性影响因素分析

利用已建立的数学模型考察了燃磷量、过剩空气系数、壁面温度、辐射吸收系数对新型燃磷塔的最高燃烧温度、烟气排放温度、壁面最大热流和平均热流的影响.模拟结果表明,无论过剩空气系数固定还是空气流量固定,随燃磷量的增大,最高燃烧温度、烟气出口温度、壁面平均热流和最大热流都呈上升趋势.在燃磷量不变情况下,最高燃烧温度、壁面最大热流和平均热流均随过剩空气系数的增大而减小,但烟气出口温度缓慢增加.壁面温度对最高燃烧温度、壁面最大热流和平均热流影响不明显,但烟气出口温度随壁面温度的升高而增加较大.辐射吸收系数对最高燃烧温度和壁面最大热流影响很大,随辐射吸收系数的增大,最高燃烧温度和烟气出口温度会下降,而壁面最大热流和平均热流会上升.     

300 MW四角切圆锅炉低负荷下燃烧特性数值模拟研究

随着环保标准提高,电站锅炉NO_x排放量控制日益严格。低氮改造可以有效降低NO_x生成,而对于改造后低负荷下炉内燃烧特性研究有限。对某电厂低氮改造后的一台300 MW四角切圆煤粉锅炉进行了低负荷下多工况燃烧特性的数值模拟,研究了过量空气系数、燃尽风量和一次风喷口给煤量对炉内速度场、温度场、组分浓度场的影响。通过改进网格系统,提高模拟结果的准确性。数值模拟结果和试验测量值偏差较小,说明其数值模拟结果可信。结果表明:随着过量空气系数的增加,炉内燃烧温度升高,还原性物质减少,NO_x排放量增加,当过量空气系数从1.20增加到1.30时,NO_x排放从221.12 mg/m~3增加到196.26 mg/m~3;随着燃尽风量增加,主燃区温度降低,燃尽区温度升高,主燃区温度的降低抑制了热力型NO_x的生成,NO_x排放量降低,当燃尽风量从20%增加到30%时,NO_x从231.21 mg/m~3降低到180.95 mg/m~3;一次风喷口给煤量变化对炉膛内温度场、组分浓度场和NO_x生成影响较小。     

四角切圆锅炉富氧燃烧对NO_x生成影响的数值模拟

采用RFG富氧燃烧方法在新疆某电厂350 MW机组锅炉上进行数值模拟,对燃烧时炉内温度场、CO与O2及NOx排放进行分析。结果表明:在21%、25%、29%富氧燃烧工况下,NOx排放浓度均低于空气燃烧时的浓度;四角切圆燃烧煤粉锅炉采用富氧燃烧后,炉膛出口NOx浓度由空气燃烧时的359 mg/m3分别降低到235 mg/m3、272 mg/m3、305 mg/m3;高浓度的CO2与煤粉反应生成CO,形成还原性氛围,有助于抑制NOx生成以及增大对已生成NOx还原的概率;在氧气含量为21%的浓度下,通过增加循环烟气中NO含量可以减少NOx的生成和排放。     

高含水菌渣流化床燃烧NO_x、SO_2排放特性

采用流化床反应器,研究了高含水抗生素菌渣直接燃烧的NO_x、SO_2排放特性。结果表明,增加过量空气系数,NO_x排放浓度升高,SO_2排放浓度降低;升高燃烧温度,NO_x及SO_2排放浓度均升高;随着燃料含水率的增加,NO_x及SO_2排放浓度均呈现先降低后升高的趋势。空气分级燃烧能有效降低NO_x排放,二次风率增加,NO_x排放浓度显著降低;当二次风率为3/7时,NO_x排放浓度较传统燃烧降低50%。添加CaCO_3进行炉内脱硫,实验结果显示:随钙硫摩尔比(Ca/S)增加,SO_2排放浓度下降,当Ca/S=3时,SO_2排放浓度降低到25 mg·m~(-3)以下,脱硫效率超过99%。     

水泥窑分级燃烧CO还原NO研究

分级燃烧可降低NO的排放,本文主要研究水泥窑分级燃烧中CO还原NO。CO与NO反应为一级动力学反应,CO与NO反应程度与时间相关,当反应时间达6 s,不喷氨时可实现水泥窑炉NO排放浓度500 mg/Nm3左右;CO浓度同时还会影响SNCR的脱硝效率,CO浓度增加,SNCR最佳反应温度将向低温移动。     

褐煤燃烧过程的Aspen数值模拟研究

利用Aspen Plus软件对某褐煤的预干燥及燃烧过程进行模拟分析,研究干燥介质种类、干燥介质温度和干燥介质流量对干燥特性的影响,过量空气系数、空气预热温度和过氧系数对有害燃烧产物产率的影响。结果表明,提高干燥介质温度和增加干燥介质流量都利于褐煤的干燥,而干燥温度的影响更加明显。提高空气预热温度会使燃烧产物中的NO和NO_2产量增大;过量空气系数大于1时,过量空气系数增大会明显降低燃烧产物中NO和CO的产量;过氧系数大于1时,过氧系数增大会明显降低燃烧产物中CO的产量,而NO的产量会增加。褐煤燃烧过程有害燃烧产物的Aspen Plus数值模拟将对褐煤的高效清洁利用提供参考数据。     

水蒸气纯氧条件下合成气燃烧特性

水蒸气纯氧燃烧技术因具有高效零污染物排放的特点而备受关注,对合成气在水蒸气纯氧条件下的燃烧特性进行了实验研究。在扩散燃烧实验台上测量了H₂O/O₂为2.0时,燃烧室中心气体成分和火焰温度随停留时间的变化规律,分析了过量氧气系数对合成气水蒸气纯氧燃烧过程的影响。研究结果表明:过量氧气系数为0时,H₂和CO的燃烧主要在前28 ms内,H₂的燃烧速率较快,能够快速燃尽;CO燃烧较慢,燃烧室出口含量依然很高。过量氧气系数从0增大到10%时,CO的浓度整体降低,燃烧速率提高,燃烧前期火焰温度提高。燃烧室出口CO浓度随过量氧气系数的增加逐渐降低,氧气微过量时CO浓度迅速下降,继续增大时,燃烧室出口CO的浓度下降缓慢。     

半焦空气分级燃烧NOx排放试验研究

半焦是低阶煤经低温热解后的产物,其中半焦粉与煤粉工业锅炉常用煤种烟煤相比价格低廉。若能将半焦粉用作煤粉工业锅炉的燃料,既可拓宽煤粉工业锅炉的适用燃料范围,又可增强煤粉工业锅炉的市场竞争力。由于半焦挥发分低、固定碳高,实现其着火和稳定燃烧需要更高的温度,同时,降低NOx初始排放也是一个技术难题。为了实现半焦在煤粉工业锅炉中的稳定燃烧及NOx排放的降低,采用两段式滴管炉开展半焦空气分级燃烧NOx排放规律研究。笔者对半焦空气不分级燃烧NOx排放规律进行了研究,主要探究了主燃区温度(1 000~1 400℃)及过量空气系数的影响,为后续空气分级燃烧降低NOx的效果提供对比依据。半焦空气分级燃烧试验主要研究了主燃区温度(1 000~1 400℃)及二次风比例(0.4~0.8)的影响,并从燃尽率、NOx减少比例、灰样微观孔隙和形貌等方面进行论证,试验结果表明,在空气不分级燃烧条件下,即燃尽风配风比例为0时,随着主燃区温度升高,NOx排放浓度随之迅速升高;随着过量空气系数增加,NOx浓度先迅速增加,过量空气系数大于1.15时,NOx浓度增速变缓;在空气分级燃烧中,相同主燃区温度条件下,二次风比例由高到低变化时,NOx排放呈先迅速下降后缓慢回升的变化趋势,燃尽率先快速升高而后趋于平缓。二次风比例为0.56时(即燃尽风率为0.39),燃尽率达90%,NOx排放浓度降至最低,为120 mg/m^3以下,此时是试验条件下的最佳二次风比例。     

流化床中燃烧高水高氮酒糟的NO排放特性

采用流化床反应器,研究富水蒸气条件下酒糟燃烧的NO排放特性。结果表明,增加过量空气系数和升高燃烧温度,NO排放浓度升高;对送入燃烧反应器的气体中添加水蒸气模拟高水分燃料燃烧有效地降低了酒糟燃烧的NO排放浓度及总排放量,且在适当条件下可减少NO排放约46%(质量)。酒糟灰分中的金属氧化物对NO的还原有催化作用,且随着温度的升高变强。在含H₂或CO的N₂气氛中,灰分对NO催化还原作用更明显。水蒸气本身对NO没有明显还原作用,说明水蒸气是通过与碳氢化合物反应生成还原性气体,如H₂和CO,从而在酒糟灰催化作用下强化NO的还原。     

CH4掺混H2的燃烧数值模拟及掺混比合理性分析

本工作针对天然气掺氢燃烧技术在燃气锅炉的最佳掺混比开展数值模拟研究,以小火焰燃烧器为研究对象,计算了在空气氛围、恒定过氧系数、不同甲烷掺混氢气比条件下,掺氢比对燃料燃烧温度、燃烧速率、主要污染物排放浓度的影响。其中燃烧机理采用GRI-MECH 3.0简化机理,该反应包含24个基元反应,涉及17种组分。计算结果表明,随掺氢比增加,燃烧温度上升、燃烧反应速率加快,炭烟和CO的浓度与排放总量均降低,NOx的浓度上升但排放总量先减小后增大。结合我国城镇燃气的燃料互换性规范及工业污染物排放标准,得出最佳掺氢比为23%。     

高压下不同n(H_2)∶n(CO)合成气燃烧的NO生成机理

针对H_2/CO合成气同向扩散火焰展开研究,考察了合成气燃烧生成NO的情况,使用Fluent软件对燃烧实验进行了1∶1的数值模拟研究.耦合了详细化学动力学模型以考察燃烧过程中的NO生成机理,研究不同压力与不同n(H_2)∶n(CO)比条件下合成气燃烧特性与污染物排放特性,为实际燃烧设备的设计和优化提供理论指导.结果表明,随着压力的增加,H_2/CO合成气同向扩散火焰的峰值温度单调增加,压力越高增加趋势越平缓.同时主要的污染物NO生成量也随着压力的增加而显著增加,其中热力型NO占主导地位.此外,随着H_2/CO合成气同向扩散火焰中氢气体积分数的增加,合成气同向火焰中产生的NO污染物和火焰峰值温度也有明显的增加.     

煤/钙基载氧体化学链燃烧操作参数分析

化学链燃烧作为一种新颖的燃烧技术,在化石燃料燃烧释放能量的同时能够有效分离CO2。今以CO2为气化剂气化煤炭,基于Aspen Plus流程模拟软件,研究了煤/钙基载氧体化学链燃烧过程。结果表明,以CO2为煤气化剂,各反应器含水分少,可减少热损失。CaSO4载氧体具有载氧能力大以及反应活性良好等优点。气化炉中CO+H2含量随二氧化碳煤比增大逐渐增加后下降;随温度升高其含量先增加,后趋于平稳。燃料反应器中CO2+H2O含量随载氧体煤比增大,呈现先增大后减小的趋势;随温度升高其含量逐渐下降。空气反应器中CaSO4含量随空载比增大先增加后趋于平稳,随温度升高其含量趋于平稳后下降。气化炉中硫化物和氮化物含量随温度升高而下降,而燃料反应器和空气反应器中硫化物含量随温度升高增加趋势明显,氮化物含量变化不明显。最后确定了关键反应器操作参数:气化炉的二氧化碳煤比为1.8;燃料反应器的载氧体煤比为4.5;空气反应器的空载比为10.5和三反应器的操作温度分别为950、1000和1100℃。     

420t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究

为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造。针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果。应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案。随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低。浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低。随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少。随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20%SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30%增加到40%时,NOx浓度基本保持不变。随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2。此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少。随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升。随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成。根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4∶1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30%,SOFA射流角度上扬15°。改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65%～70%),而飞灰含碳量保持在3%～4%,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果。     

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%~40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

煤粉燃烧过程强化脱硝技术研究

为进一步提高炉内燃烧过程的脱硝效率,尤其是解决燃用挥发分低的贫煤和无烟煤时炉内NO_x排放浓度高的问题,基于高温燃尽区喷氨还原NO机理,提出了多级燃尽风布置区的高温强化还原区喷氨脱硝技术——多级强化还原煤粉燃烧技术(MERC)。借助50 kW下行燃烧炉,开展了氨氮比(RNSR)、还原剂与烟气混合程度、还原剂载气等关键技术参数对脱硝效率的影响,同时开展了MERC和SNCR对比试验研究,并进行了MERC技术的工程应用试验。结果表明:采用双支喷枪对喷能提高还原剂与炉内烟气的混合程度,双支喷枪对喷使脱硝效率从单支喷枪的45%提高到70%;空气作为载气,氨氮比超过1. 2时,NO浓度在500～700 mg/Nm~3,随着氨氮比增加,NO_x浓度先升后降;烟气作为载气时NO_x浓度大幅降低,仅为100 mg/Nm~3左右,因此还原剂的载气中含氧量越低,越有利于增强高温中喷氨还原NO的效果,还原剂载气需尽可能降低氧含量或采用无氧媒介。通过对比SNCR和MERC试验结果发现,氨氮比小于2时,常规SNCR的NH3耗量高于MERC;氨氮比超过2. 5后,NH3同NO的反应趋于饱和,过量的NH3同SO_2发生反应生成(NH4)2SO3和NH4HSO3,这是工程上出现SNCR过量喷尿素后造成空气预热器堵塞的原因。对某电厂125 MW燃煤锅炉进行低氮改造,由于该电厂1、2号锅炉燃用无烟煤+贫煤+烟煤的混煤,2015年低氮燃烧系统改造后一直存在锅炉出口NO_x浓度不稳定的情况,尾部脱硝装置入口最低在500 mg/m~3以下,最高为1 200 mg/m~3。为确保改造达到超低NO_x排放目标值,在原有燃烧优化试验+SNCR改造+SCR优化提效的设计方案的基础上增加了燃尽风前的尿素喷枪。结果表明:炉内脱硝效率高于65%,结合锅炉尾部SCR装置能实现烟囱位置NO_x浓度不高于30 mg/m~3的超低排放,达到了预期效果。     

富氧气氛下燃煤污染物排放规律研究

在水平管式炉上进行了模拟空气和O2/CO2气氛下的煤燃烧特性实验,并利用傅里叶红外光谱仪对烟气成分进行了在线测量,分析了煤种、气氛和温度等对污染物(SO2和NO)排放的影响.结果发现,SO2主要以单峰形式析出,而NO的析出大多数为双峰;煤种对污染物排放的影响较大,硫和氮含量高的煤种相应地SO2和NO的析出量较多;O2/CO2气氛下,SO2和NO的生成总量随着O2浓度的增加而减小;温度(800℃~1 000℃)对SO2和NO排放的影响不甚明显.但850℃时的析出峰峰值最大,释放量也较其他温度多,故850℃有利于SO2和NO的析出.     

循环流化床中石油焦与煤混合燃烧NO排放特性

在一座0．5MWt循环流化床热态试验台上进行了石油焦与煤混合燃烧试验，研究了烟气中NO的排放特性，对于石油焦与煤不同燃料配比，不同锅炉运行参数，如一次风率、过量空气系数、床温和Ca／S比等对烟气中NO排放浓度的影响规律进行了研究。试验表明对纯焦而言，其NO排放浓度较其他混合燃料要高得多，当燃料中焦煤比增大时，NO的排放浓度降低，对不同焦煤比的燃料，随一次风率增大，NO的排放量增加；随过量空气系数的增大，NO的排放浓度增大；随着运行床温的提高，NO排放浓度升高。     

掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

为了降低CO2排放,缓解天然气供应压力,促进氢能规模消纳,掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前,掺氢天然气的研究主要集中在工业上,本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性,利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件,建立燃烧器二维轴对称模型,对比数值模拟结果与实验结果,验证了数值模型的合理性;分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明,随着预混量(一次空气系数)增大,峰值温度大幅度升高,NO峰值质量分数先增大后降低,CO峰值质量分数逐渐增大;随着二次风流速(过量空气系数)增大,温度与污染物含量变化很小,与预混量的影响相比,二次风流速的影响几乎可以忽略不计。