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。     

水蒸气在NOx控制技术中机理研究及应用进展

电厂实际运行中发现,水蒸气能够降低选择性非催化还原反应(SNCR)烟气脱硝过程中脱硝剂的用量,对脱硝和燃烧产生一定的促进作用。围绕水蒸气在不同脱硝技术中的作用效果和反应机理,对相关文献进行总结。研究发现,水蒸气对SNCR脱硝、再燃脱硝以及先进再燃脱硝技术均有促进强化作用。水蒸气的加入能促进SNCR脱硝反应中OH自由基的产生,可与NH_3还原剂反应生成NH_2基团,从而提高脱硝效率。水蒸气对再燃脱硝的促进作用,主要通过提高挥发分中HCN、NH_3等析出促进NO还原。添加水蒸气可以使先进再燃技术的脱硝效率提高到80%以上,水蒸气对生物质先进再燃脱硝与对再燃脱硝的作用机理类似,而对煤粉先进再燃作用机理不详。综上,水蒸气对先进再燃脱硝的作用机理应包括对SNCR脱硝与再燃脱硝2部分的共同促进作用及2者之间的相互作用,但目前研究较少关注水蒸气对再燃燃料的影响。应进一步研究水蒸气对先进再燃脱硝的作用机理和操作条件,为水蒸气在脱硝技术中的应用提供有力理论支撑。     

水蒸气对煤粉再燃还原NO的影响

在兖州烟煤煤粉再燃还原NO的固定床反应器试验中加入不同量的水蒸汽,研究了水蒸汽对煤粉再燃还原NO的影响。结果表明,水蒸汽的加入加快了煤粉再燃还原NO的速度,但单位质量煤粉的还原效果随水蒸汽量的增加而降低,原因是水蒸汽同时也加速了煤粉的燃尽。水蒸汽加快了CO和CO2生成速度以及O2消耗速度,在挥发分为主的反应阶段促进CO2的生成更明显,而在焦炭为主的反应阶段促进CO的生成更明显,但单位质量煤粉的CO2生成量和O2消耗量均降低、CO生成量增加。煤粉再燃的燃尽时间随水蒸汽量的增加而缩短,比如当水蒸汽量为2%时,燃尽时间缩短了25.9%,当水蒸汽量为4%时,燃尽时间缩短了47.8%。在再燃区加入一定量的水蒸汽,既能改善煤粉对NO的还原效果,又能提高煤粉的燃尽率。工程应用要根据煤质特点、主燃区NO浓度、再燃煤粉比例、再燃区过量空气系数、经济性评价等因素进行试验确定最佳水蒸汽量。     

影响先进再燃区脱硝效率的因素分析

建立实验装置 ,对有喷氨的先进再燃区中脱硝效率的主要影响因素进行研究 ,这些因素包括 :再燃区温度、再燃区过量氧系数、初始 NH3 /NO浓度比例、初始天然气 /NO浓度比例 .研究表明 ,再燃区的较佳温度为 1 1 0 0℃～ 1 2 0 0℃ ,再燃区较佳过量氧系数为 0 .7,初始 NH3 /NO浓度比为 0 .9～ 1 .2之间 ,初始天然气 /NO浓度比为 3～ 5之间有利于脱硝 .该研究为再燃区运行参数的优化选择提供根据     

废轮胎的燃料特性及用于燃煤锅炉再燃脱硝

再燃脱硝技术是燃烧过程中控制燃煤锅炉氮氧化物排放的有效方法。首先分析讨论了常用再燃脱硝的燃料,即天然气和煤粉的局限性,然后详细地讨论了废轮胎作为再燃燃料的可行性和优点,并介绍了作者有关废轮胎再燃脱硝的研究结果。当废轮胎与电厂褐煤灰组成混合燃料用于再燃脱硝时,其脱硝效率可达到86%,当废轮胎与Fe₂O₃组成混合燃料用于再燃脱硝时,其脱硝效率可达到88%。废轮胎用于再燃脱硝,一方面有利于它的能源资源化处理,另一方面能够非常有效地减少燃煤NO_x的排放,具有重要的工程应用价值。     

煤基合成气再燃降低燃煤烟气NO_x技术评价分析

煤基合成气再燃脱硝技术以煤基合成气为原料,通过脱硝反应区的烟气在合成气的氧化还原作用下将NO_x完全脱除,最终以无害化N_2形式排放。通过对比不同脱硝技术原理,结合再燃燃气脱硝技术研究现状,对煤基合成气再燃脱硝进行了技术评价和经济性分析,结果表明:合成气再燃脱硝过程中,合成气产生的热量与粉煤燃烧回收热量等值,脱硝效率较高;工业合成气中组分CH_4、NH_3具有同等降低NO_x的效果,30万机组以上采用合成气再燃脱硝具有更好的经济优势。     

铁基催化剂脱除NO气体的研究现状

对金属铁及其化合物在烟气脱硝过程中的催化作用的研究进展进行了综述。金属铁能够直接催化还原NO为N2,同时铁被氧化为铁的氧化物。当在烟气中补充一定量的还原气体CO,则CO通过还原铁的氧化物以保证金属铁和NO的连续反应,从而提高NO的脱除效率。在典型的模拟烟气条件下铁丝网在900℃以上可达到90%以上的脱硝效率。Fe2O3能有效地还原再燃脱硝过程的中间产物HCN/NH3,从而大幅度提高再燃脱硝的效率。此外,Fe-ZSM-5分子筛也具有催化还原NO的性能。铁催化还原NO的微观反应机理尚需深入研究。     

沉降炉中生物质热解产物的脱硝特性

利用连续沉降炉模拟白酒糟循环流化床解耦燃烧再燃区的反应气氛,研究各因素对半焦、焦油和热解气脱硝效率(比脱硝效率)的影响. 结果表明,反应温度由800℃升至1050℃,热解产物比脱硝效率均增大;半焦和焦油达到最佳比脱硝效率所需的停留时间为3.4 s;随反应气中NO浓度由400′10-6(j)增加到1000′10-6(j),热解产物比脱硝效率均呈降低趋势,但NO绝对还原量却呈增加趋势;随反应气中O2浓度增加,半焦比脱硝效率增大,热解气比脱硝效率降低,焦油比脱硝效率呈先增加后减少的趋势,在O2浓度为1.6%(j)时达最大,为60.1%. 在本研究的反应条件下,焦油比脱硝效率最好,热解气次之,半焦效果较差.     

220t/h煤粉锅炉臭氧氧化NOx超低排放试验研究

近年来,国家对于环境保护的要求愈发严苛,煤电行业节能减排任务愈加艰巨,燃煤电厂的超低排放改造工作迫在眉睫。笔者针对3台220 t/h煤粉锅炉NO_x进行臭氧脱硝改造和脱硝试验研究,采用烟气分析仪及电厂在线检测系统,探究了O_3/NO摩尔比及NO_x初始浓度等对脱硝效果的影响。试验结果表明,活性分子臭氧脱硝技术对该煤粉炉锅炉具有较好的脱硝效果,NO_x脱除效率可达90%以上。锅炉出口NO_x浓度随锅炉负荷波动较大,呈正相关关系,锅炉负荷升高,出口NO_x浓度升高;锅炉负荷降低,出口NO_x浓度随之降低。臭氧脱硝效率随O_3/NO摩尔比和臭氧投加量的增加而增大,但当O_3/NO摩尔比超过一定值后,其增大速率随臭氧量的增加而逐渐变缓。臭氧脱硝技术中脱硝效率受NO_x初始浓度的影响较小,O_3/NO摩尔比达到一定量时,可保证不同NO_x初始浓度波动下的脱硝效率。本试验获得的特性曲线为臭氧脱硝技术最佳臭氧喷射量的确定提供了依据,即在保证脱硝效率的前提下,如何选择最佳的O_3/NO摩尔比。应用臭氧脱硝技术后,该电厂顺利通过了168 h测试,烟气排放中NO_x浓度稳定在50 mg/Nm~3以下,满足国家超低排放要求,可见采用活性分子臭氧对烟气中的NO_x具有良好的脱除效果。     

超细煤粉燃尽时间的计算和实验研究

通过对超细煤粉燃尽时间的计算和热态炉实验的研究,在保持煤粉高燃尽率的同时,确定了再燃燃料在燃尽区的停留时间和煤粉粒度的关系。     

先进再燃脱硝机理与添加剂增效机理

先进再燃是将再燃和喷入氨剂相结合的脱硝技术.添加剂可以改善先进再燃脱硝反应,进一步提高脱硝效率.主要阐述了先进再燃脱硝技术的进展和脱硝机理,综述了先进再燃脱硝添加剂及其增效机理.添加剂可对同相和异相还原反应起促进作用,可同时利用一种或几种添加剂以改善再燃和氨剂还原NOx的反应,其中碱金属化合物是先进再燃的良好添加剂.有必要筛选制备合适高效的添加剂,进一步研究添加剂对再燃、氨剂还原NOx的增效机理及其协同反应条件.     

气体再燃低NO_x燃烧中NO与NH反应研究

对气体再燃低NOx燃烧过程进行分析,采用量子化学密度泛函理论研究了NH自由基与NO反应的机理,优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,并计算了它们的能量,同时进行振动分析,以确定中间体和过渡态的真实性。对NH自由基与NO反应机理与实验结果进行了验证和比较,并通过模拟NH自由基与NO的反应,得出反应通道,对认识再燃脱硝的本质和主要过程具有重要的理论参考价值和实践指导意义。     

660MW燃煤锅炉掺烧再燃气燃烧数值模拟

为了研究不同种类气体再燃和再燃喷口下倾角度对燃煤锅炉燃烧特性的影响,基于FLUENT软件,选取某超超临界660 MW锅炉为研究对象,搭建再燃气体耦合燃煤燃烧模型对锅炉进行改造,在主燃烧区上部增设再燃区,研究不同种类气体再燃和不同再燃喷口下倾角度对锅炉温度场,CO、CO₂、O₂组分场以及NO_x排放量的影响。结果表明：再燃气体的加入会使锅炉主燃烧区炉膛温度降低,但会引起再燃区和燃尽区烟气温度升高,且随着再燃气体的加入,炉膛火焰中心上移,出口烟气温度上升;再燃导致炉膛出口CO体积分数升高,而O₂和CO₂体积分数降低,NO_x排放量明显下降;与纯煤工况相比,秸秆气、甲烷和沼气掺烧时的NO_x排放量分别下降了20.1%、26.2%和25.2%。再燃喷口适当向下倾斜可以改善炉内流场强度,增强锅炉燃烧效果,同时增加再燃燃料在再燃区的停留时间,有效降低炉膛出口NO_x排放量。当向下倾角为15°时,减排效果最好,秸秆气、甲烷和沼气再燃时...     

300MW四角切圆贫煤锅炉三次风布置对NOx排放的影响

低氮燃烧改造是燃煤电厂降低氮氧化物排放最主要的策略之一。空气分级燃烧技术因其技术成熟、成本低廉等优势在燃用烟煤的锅炉中得到广泛应用。然而,随着煤/风比的进一步增加,NO_x降幅减小,未燃尽碳含量显著变大。与燃用烟煤的锅炉相比,燃用低挥发分煤种锅炉的低氮改造工作更加困难和复杂。四角切圆贫煤锅炉的三次风会影响风煤混合、燃烧气氛和温度,这些都会对煤粉燃烧过程和NO_x生成产生显著影响,若仅采用空气分级技术,并不能满足NO_x排放标准。因此,在低氮燃烧改造方案设计过程中,需寻求最佳的三次风布置方案以实现低氮高效燃烧。将一台300 MW四角切圆贫煤燃烧锅炉作为研究对象,采取CFD数值模拟方法,考察了三次风布置方式对锅炉燃烧特性的影响。结果表明:当三次风布置在燃烧区下部时,下层一次风和三次风中的煤粉迅速着火燃烧,温度攀升,火焰中心上移; NO_x还原区变长,此时炉膛出口NO_x浓度最低,为405 mg/Nm~3;三次风的下移导致炉膛主燃区中上部氧量较少,煤粉不充分燃烧,燃尽率降低。当三次风布置在主燃区中部时,由于三次风风温较低,导致炉膛燃烧温度下降,一定程度上抑制了热力型NO_x的生成,炉膛出口NO_x排放量减少;三次风的喷入增加了主燃区过量空气系数,有利于煤粉的充分燃烧,燃尽率提高。当三次风布置在主燃区上部时,随着三次风位置的升高,三次风煤粉整体燃烧燃尽区域上移,折焰角附近温度依次升高;三次风位置的上移增加了NO_x还原区的长度,三次风喷口位置越高,炉膛出口NO_x浓度越低;三次风上移导致三次风煤粉在炉膛的停留时间变短,造成燃烧不充分,飞灰含碳量增加,燃尽率降低。此外,对改造后飞灰及大渣含碳量,炉膛出口烟温和NO_x浓度等参数进行现场测量,NO_x排放浓度模拟值和测量值分别为445和448 mg/Nm~3,飞灰含碳量分别为1. 92%和1. 48%,数值模拟结果与现场测量结果吻合较好。     

ERD+脱硝技术在徐州中联10000 t/d生产线的应用

ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术的核心是针对燃煤的燃烧特性,在还原区喷入经催化的过饱和蒸汽,促进燃煤燃烧析出还原基,在提升燃煤燃烧速度及燃尽率的基础上达到高的脱硝效率。ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术在徐州中联水泥两条10 000 t/d熟料生产线运行结果表明,NO_x排放可稳定控制在70～80 mg/Nm~3,脱硝效率在50%以上,氨水使用量大幅降低,生产运行稳定,使用效果良好。     

商用蜂窝式SCR催化剂脱除NO_x试验研究

为了评价燃煤电厂广泛采用的选择性催化还原工艺对不同形态NO_x的脱除效果,以某商用蜂窝式SCR催化剂为例,在SCR脱硝试验装置上研究了氧量、温度、空速、氨氮摩尔比等反应条件对NO、N_2O和NO_2脱除过程的影响。结果表明,氧量可以促进NO氧化以及NO与氨的催化还原反应;高温可以促进NO的脱除和氨气氧化为N_2O;空速升高会导致NO脱除率先升高后降低;氨氮摩尔比提高在促进NO脱除的同时会增加氨逃逸;与NO_2可以完全脱除相反,N_2O与氨气不发生反应。因此,为真正实现NO_x的超净排放,应适当控制锅炉运行参数避免N_2O的生成。     

再燃条件下燃料燃尽特性的试验研究

利用热天平系统着重对煤粉再燃技术中燃料的燃尽特性进行了试验研究,分别探讨了再燃燃料的种类,再燃燃料的粒度以及再燃区的气氛对燃料燃尽特性的影响,并利用平均燃烧速度W_(mean)、煤的燃尽指数N、燃尽特性综合判别指数R_j等物理量进行了定量分析。研究结果为进一步优化与完善煤粉再燃技术提供了理论依据。     

生物质锅炉烟气脱硝工艺技术研究

收集整理了生物质成型燃料锅炉大气污染物排放的国家标准和部分省市的地方标准,统计了6个生物质焚烧锅炉的燃料工业分析和灰分分析数据,对生物质锅炉的排放标准、燃料特性、烟气特性进行了研究,调研了可供生物质锅炉烟气脱硝选择的7种技术,并重点介绍了选择性催化还原技术(SCR)及其3种布置形式。通过对7种脱硝工艺及其优缺点进行细致的分析与研究,建议在NO_x排放浓度要求不严的区域,优先选用低氮燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)(或替代技术)者两者结合;在要求NO_x实现超低排放的区域,可选用低氮燃烧技术、SNCR技术(或替代技术)、SCR技术或多种联合脱硝技术。     

深度空气分级下混煤未燃尽碳与NOx协同优化数值模拟

为探究掺混方式及配风方式对混煤燃尽率和NO_x排放量的影响,以一台660 MW四角切圆锅炉为研究对象,开展混煤燃烧过程未燃尽碳和NO_x排放的协同优化数值研究。结果表明,在深度空气分级条件下,未燃尽碳主要受停留时间、掺混方式、配风方式等因素共同影响;合理搭配掺混方式和配风方案可降低混煤未燃尽碳水平和炉内NO_x总生成量,达到两者的协同优化。与炉外掺混相比,炉内掺混更加灵活,可通过优化低挥发分煤的燃尽程度来改善混煤整体的未燃尽碳水平。在炉内掺混方式下,均等配风将低挥发分煤置于上部燃烧器或正宝塔配风将低挥发分煤置于下部燃烧器,均有利于低挥发分煤的燃尽;而将高挥发分煤置于上部燃烧器更有利于NO_x减排。综合考虑混煤未燃尽碳和NO_x排放特性,将高挥发分煤置于上部燃烧器且采用正宝塔配风可为下部低挥发分煤的燃烧提供相对充足的氧量,提高低挥发粉煤的燃尽率,降低混煤未燃尽碳水平;上部高挥发分煤析出的挥发分中含有大量含氮中间产物HCN,可将已生成的NO_x还原,有利于降低炉内混煤NO_x生成量。     

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。