气化细粉灰预热无焰燃烧煤氮转化与NOx排放特性

为实现煤化工固废——气化细粉灰的清洁高效利用,采用先进的煤粉自预热燃烧技术,在30 kW固体碳基燃料预热无焰燃烧试验平台上,针对不同预热温度、不同预热燃烧器当量比下的烟煤经循环流化床气化后,细粉灰中氮的转化及NO_x排放特性进行试验研究。结果表明,气化细粉灰能在该试验系统上实现稳定的无焰燃烧。预热可明显改善气化细粉灰的燃烧特性改善具有重要作用。几乎全部挥发分氮在预热燃烧器内的强还原性气氛下提前脱除,主要向N_2、NH_3与HCN三种含氮物质转化,焦炭氮为后续燃烧中NO_x的主要来源。预热温度对预热过程中煤氮向N_2的转化率影响显著,预热燃烧器空气当量比直接关系煤氮向N_2和NH_3的转化率,且与焦炭氮析出情况密切相关。预热温度和预热燃烧器空气当量比对NO_x排放浓度及燃料氮向NO_x转化率的影响效果差别明显。在预热温度为902℃、预热燃烧器空气当量比为0.45的条件下,NO_x排放浓度和燃料氮向NO_x转化率最低,分别为83.02 mg/m~3(6%O_2)和5.94%。     

循环流化床超低NOx与SO2排放技术研究进展

因固有的低污染物排放控制成本优势,循环流化床(CFB)锅炉已成为商业化程度最好的洁净煤燃烧技术之一。随着超低排放标准的提出,CFB燃烧技术也面临巨大挑战。为满足超低排放标准,通常要使用烟气净化处理装置,导致CFB锅炉污染控制成本显著增加。如何低成本实现CFB锅炉NO_x与SO_2原始超低排放成为关注焦点。系统论述了现有CFB超低NO_x和SO_2排放技术、最新开发的CFB超低NO_x燃烧技术、炉内CFB超低SO_2排放技术和CFB超低NO_x、SO_2协同控制技术等。研究表明:开发高效分离器不仅可提升CFB燃烧效率,也是保证超细石灰石高效脱硫的前提,分离器效率越高,CFB燃烧效率和超细石灰石脱硫效率越高;随着循环流化床锅炉的大型化发展,炉膛截面越来越大,如何实现超细石灰石在大型炉膛内横向的均匀混合成为第1个技术难点;控制单一气体使其满足超低排放的技术相对成熟,但如何协同控制NO_x和SO_2使之满足超低排放标准成为第2个技术难点;现阶段CFB炉内超低排放技术仅针对某些特定的燃料可达到超低排放,针对其他常规燃料,NO_x和SO_2能否达到超低排放仍需要进一步深入研究。     

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。     

纯煤矸石燃烧循环流化床锅炉的开发及运行

通过热重分析研究了某超低热值煤矸石的燃烧特性,并模型预测了煤矸石在循环流化床(CFB)炉内的燃尽时间和停留时间;据此开发了燃用超低热值煤矸石的40 t/h CFB锅炉,设计采用了大布风板、高效分离器、较高的床温和较低的流化速度;3 a多运行实践表明,其状况良好,当燃料热值在4.187～5.443 MJ/kg范围内时,锅炉均能稳定燃烧并保证出力,排烟温度120～130℃,分离器出口处烟气含氧量为3%～5%,底渣可燃物含量低于1%,飞灰可燃物含量低于2%,实测锅炉热效率达到了80.05%;通过提高二次风喷口高度,采用低过量空气系数,NO_x原始排放浓度低于100 mg/m~3,在旋风分离器入口喷入少量尿素溶液可实现NO_x超低排放。     

运行参数变化对水煤浆流化燃烧过程的影响

为了深入了解水煤浆流化燃烧过程的规律,以"小室"为基础,结合流化床内气固两相流动及传热、水煤浆燃料的热解、挥发分及焦炭燃烧、污染物生成等子模型,建立了水煤浆在流化床锅炉中燃烧的综合数学模型。分析了当水煤浆流化燃烧装置锅炉负荷、过量空气系数及燃料中的挥发分份额等参数发生变化时炉内有关参数沿炉膛高度方向的变化规律。研究结果表明,与燃煤流化床锅炉相比,水煤浆燃烧锅炉炉膛底部的温度明显较低。另外,锅炉负荷越大,炉内温度越高,燃烧条件越好;过量空气系数对燃烧的影响并不是单调变化关系;煤种挥发分越高越有利于燃料的燃烧。     

660MW超超临界循环流化床锅炉超低NOx排放研究

循环流化床(CFB)发电技术具有良好的炉内脱硫抑氮等优势,得到了广泛推广。随着环保形势的日趋严峻,CFB锅炉仅依靠炉内低氮燃烧无法满足NO_x超低排放要求,因此必须深入研究CFB锅炉炉内低氮燃烧理论,并在660 MW高效超超临界CFB锅炉实现突破。基于流态重构节能型CFB锅炉的设计理念,通过试验和数值模拟研究了炉内NO_x生成还原机理与炉内实现NO_x全部脱除的技术方案。结果表明,影响660 MW超临界CFB锅炉NO_x排放的因素包括:燃用煤质、燃烧温度及均匀性、过量空气系数(运行氧含量)、分级燃烧等。660 MW超超临界CFB锅炉采用单炉膛、单布风板、M型布置、4个旋风分离器、4个外置式换热器的炉型结构,锅炉热一次风从水冷风室后侧6点给入,保证了锅炉一次风静压分布均匀,进而保证了物料流化均匀性;采用"前墙给煤、后墙给煤泥"的给煤方式,前墙布置12个落煤口,后墙布置8支煤泥枪,同时后墙布置8点排渣,保证给煤均匀性;采用4旋风分离器布置结构保证了物料均匀性,不同旋风分离器之间流率偏差的最大值为7.9%;采用4个外置式换热器均匀布置保证床温的均匀性。同时炉内温度场及过量空气系数对NO_x排放起关键作用,锅炉设计床温确定为860℃,既保证了锅炉效率,又减少了NO_x排放,同时保证低负荷工况下满足选择性非催化还原(SNCR)脱硝系统反应温度窗口;锅炉过量空气系数选取1.15,进一步增强了还原性氛围。分级燃烧时一、二次风比例为4∶6,并适当调整锅炉二次风口位置及倾角,形成较大的还原性氛围。通过上述措施可实现炉内高效抑氮,最终使锅炉NO_x原始排放浓度低于50 mg/m3,炉外选取以尿素为还原剂的SNCR技术为辅助脱硝手段,在低投资、低成本、全负荷条件下实现最终烟气中NO_x超低排放。     

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。     

水泥分解炉煤/生物质耦合预热特性试验

在干法水泥生产技术中，分解炉内燃料燃烧和原料分解对水泥质量和污染物排放有重要影响。与燃料直接注入分解炉燃烧相比，燃料经循环流化床预热处理后再注入分解炉燃烧不仅可以提高分解炉内燃烧性能，减少有害气体排放，同时预热处理也可以增加水泥分解炉的燃料适应性。主要研究煤与生物质混合燃料在进入分解炉前由循环流化床预热后的预热特性，即不同因素对固相预热燃料和煤气的影响。研究表明：氧碳比(单位时间内O₂与C的摩尔质量比)的增大会导致预热炉内反应和颗粒碰撞更为剧烈，导致预热燃料粒径减小；同时氧碳比增加会使煤和稻壳耦合预热产生的焦炭灰分增加，其他组分减少；外热源升温可明显提升CO、CH₄、H₂等煤气有效燃烧组分的生成，提高固相燃料中各组分的转化率。     

我国超低排放循环流化床锅炉技术获突破

正近日,一项燃煤锅炉超低排放技术通过了由中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定。这项成果名为"基于炉内脱硫和低氮燃烧的超低排放循环流化床锅炉技术",由太原锅炉集团和清华大学岳光溪院士团队合作研发。该技术主要针对中小容量循环流化床锅炉,通过炉内高效脱硫和低氮燃烧,使锅炉出口烟气中的二氧化硫和氮氧化物排放直接达到国家超低排放标准。     

工程热物理所预热燃烧技术研究获进展

正煤炭在我国能源结构中占比近70%,居主导地位,且在未来相当长的时间内不会发生根本性改变。目前,煤炭的主要利用方式是直接燃烧,加热与燃烧近似同步进行,存在煤粉高效燃烧与低NO_x排放的相互制约。预热燃烧突破常规的加热、着火和燃烧方式,是一种使煤粉在燃烧器中预热至温度高于着火点、预热燃料在炉膛中高效清洁的燃烧技术。     

流化床气化飞灰造粒燃烧的经济性分析

流化床气化运行过程中产生大量飞灰,通过分析飞灰产生原因,并将飞灰与原料煤在破碎、干燥过程中产生的难以入炉的细煤粉掺混造粒后与流化床锅炉燃烧使用的原煤进行对比,结果表明气化飞灰造粒后可适用于流化床锅炉燃烧。将气化飞灰造粒后用于流化床锅炉燃烧,可消除其对环境造成的危害,节省企业运行成本,提升企业经济效益,并解决流化床气化技术存在的飞灰处理难题。     

煤粉热解气化耦合燃烧超低氮燃烧技术进展

随着环保政策趋严,常规火电机组经超低氮排放改造对炉膛内部燃烧过程及尾部烟道燃烧后烟气进行氮氧化物协同脱除后,NO_x已达到低于50 mg/m3的水平。随着低NO_x燃烧技术的发展,煤粉热解气化耦合燃烧超低氮燃烧技术已引起重视,其主要思路是在预燃室内引入高温热源,对远低于化学当量比的浓煤粉气流进行加热,煤粉在预燃室内先快速释放挥发分并发生部分燃烧,其气相产物及高温半焦离开预燃室经燃烧器组织送入炉膛后进行低氮燃烧处理。与传统的选择性催化/非催化还原法(SCR/SNCR)等燃烧后降氮策略相比,该技术通过燃烧高温半焦直接在炉内燃烧过程中降氮,技术优势和经济潜力显著。预燃源是产生气相产物、高温半焦的关键环节,笔者根据预燃源方式的不同,介绍了天然气供热煤粉预燃、循环流化床供热煤粉预燃、等离子点火预燃室、感应加热点火预燃室、传统预燃室燃烧器等煤粉预燃技术的发展现状及应用情况,为相关技术人员提供参考。     

双流化床锅炉和双流态高效洁净燃烧工艺

为了从源头控制燃煤电厂烟气污染物,实现"超低排放",在对煤燃烧过程中NOx、SO2生成机理、控制措施进行探讨的基础上,借鉴循环流化床锅炉和鼓泡流化床锅炉的技术特点,提出了双流化床锅炉技术方案及其高效洁净燃烧技术工艺,通过参数解耦等技术可以实现运行指标的优化控制,分别控制NOx和SO2的生成及脱除,从而实现煤的高效燃烧和烟气污染物的"超低排放"。通过理论分析论证和流化床运行实践佐证,双流化床锅炉及双流态高效洁净燃烧工艺可以在燃烧过程中实现污染物的"超低排放"。     

贫煤直接混烧低氮稳燃研究

针对贫煤难稳燃,NO_x生成量大的突出问题,采用热重分析法结合卧式炉燃烧研究,通过Testo 350在线烟气分析仪考察了贫煤及其与生物质等直接混烧的燃烧特性和NO_x排放特性。结果表明:贫氧气氛下燃烧,氧浓度对焦炭氮的影响明显大于对挥发分氮的影响,氧浓度低于21%时,NO_x转化率由27.4%降低至15%左右;在1 100℃以下,温度升高促进燃料氮与挥发分同时释放,还原性气氛下含N中间体更容易向N_2转化,NO_x排放浓度及转化率降低。生物质可以促进燃烧,减少NO_x排放,但容易出现挥发分与焦炭分段燃烧现象,影响焦炭稳定燃烧。为此,以烟煤煤矸石为调节燃料,将贫煤、玉米芯、煤矸石三者混配,配比为80∶5∶15(质量比)时,着火温度较贫煤单独燃烧降低100℃左右,最大失重峰温由670℃降低至600℃;氮转化率由28.5%下降至16.7%。     

等离子体煤气化技术研究进展

等离子体煤气化技术是一种能够实现煤的超洁净使用的新技术,具有很大的潜在应用前景。介绍了等离子体煤气化的基本原理及3种典型技术:水蒸气等离子体煤气化技术、等离子体辅助煤气化及CO_2等离子体煤气化技术,其中水蒸气等离子体煤气化中碳转化率可达93%～94%,比常规气化合成气浓度高十多个百分点;等离子体辅助煤气化以用氮气、氩气等为工作气体,实现了气化剂与工作气体的分离以及发生器和反应器的分离; CO_2等离子体煤气化技术为煤炭的清洁利用和CO_2的资源化利用提供了可借鉴的方法。同时,笔者还论述了学科交叉产生的最新成果:即等离子体煤气化技术在电站燃煤锅炉点火启动和降低氮氧化物方面的应用。在锅炉点火启动方面,与常规等离子体点火技术相比,采用等离子体煤气化技术虽然会增加成本,但相对于燃用低挥发分煤的煤粉锅炉每年上千吨的节油量,经济效益显著。在氮氧化物减排方面,烟台龙源电力技术股份有限公司采用等离子体辅助煤气化技术与低NO_x燃烧技术相结合,以达到深度降低氮氧化物的目的,且解决了等离子体煤气化普遍存在的煤处理量少、能耗高的问题,试验结果表明,采用60 k W等离子体发生器即可处理5 t/h煤量,实现了低能耗的等离子体辅助煤气化。据估算,该技术的初投资略低于SCR脱硝技术,而运行费用仅为SCR的一半。因此建议将基于等离子体点火的内燃技术引入等离子体煤气化技术,可大幅提高煤处理规模、降低能耗,与低NO_x燃烧技术相结合并实现工业化,将会推动其在电站燃煤锅炉技术领域的快速发展,成为一种具有很好应用前景的煤炭清洁高效利用手段。     

我国一项锅炉减排技术获得突破

<正>近日,一项燃煤锅炉超低排放技术通过了由中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定。这项成果名为"基于炉内脱硫和低氮燃烧的超低排放循环流化床锅炉技术",由太原锅炉集团和清华大学岳光溪院士团队合作研发。该技术主要针对中小容量循环流化床锅炉,通过炉内高效脱硫和低氮燃烧,使锅炉出口烟气中的二氧化硫和氮氧化物排     

循环流化床锅炉流态重构节能超低排放技术应用小结

如何协调并解决炉内高效深度脱硫、燃烧过程深度低氮排放、燃料充分燃烧和锅炉保持较高热效率之间的矛盾,一直以来都是困扰循环流化床技术持续发展的一个课题,因此循环流化床锅炉(CFB)深度低氮燃烧技术一直没有形成很统一的概念和具体的技术改造措施。而如今,太原锅炉集团与清华大学合作研发的循环流化床锅炉流态重构节能超低排放技术,有效地解决了这一问题。兖矿国宏化工有限公司2台130 t/h循环流化床锅炉的应用实践表明,循环流化床锅炉采用流态重构节能超低排放技术进行技改后,与常规循环流化床锅炉相比,在运行的经济性、可靠性、环保性等方面优势突出,具有推广价值。     

中国动力煤应用现状及碳捕集与封存展望

为提高动力煤利用效率,分析了中国不同牌号动力煤和各大产区动力煤的煤质特性,阐述了中国动力煤的应用现状。针对动力煤燃烧过程中CO2排放量逐年增长的现状,提出了碳捕集与封存战略,并介绍了目前中国运行中的碳捕集项目。结果表明,中国动力煤中以弱黏煤灰分最低为13.10%,发热量最高为29.59 MJ/kg;贫煤灰分、硫分最高,但水分、挥发分较低;褐煤硫分、发热量最低,水分和挥发分最高。动力煤主要用来发电,其次是锅炉燃烧。褐煤主要用作发电燃料,部分用于气化和合成气;长焰煤多为电厂、机车、窑炉燃料,也可为气化用煤;不黏煤、弱黏煤除用于发电外,还可作为动力及民用燃料。最后提出开展碳捕集与封存技术（CCS）是降低燃煤CO2排放,缓解温室效应的重要措施。     

低挥发分煤四角切圆锅炉低氮改造试验

为解决低挥发分煤着火较难、NO_x排放较高,以及传统低氮燃烧器技术在降氮的同时会进一步恶化煤粉气流着火条件的难题,耦合低氮燃烧技术与强化着火设计,对某330 MW燃用低挥发分煤四角切圆锅炉进行低氮燃烧改造。结果表明:SCR反应器入口NO_x质量浓度由550~600 mg/Nm~3(6%O_2)降至350~400 mg/Nm~3,反应器液氨耗量由150~200 kg/h降至100~150 kg/h,排烟塔NO_x排放质量浓度由70 mg/Nm~3降低至35 mg/Nm~3。     

乏气风布置对“W”型火焰锅炉低氮燃烧特性的影响

为了满足日益严苛的低氮排放标准,对"W"型火焰锅炉低氮燃烧特性的进行了深入研究。以一台燃用贫煤的"W"型火焰锅炉为研究对象,对其乏气风布置方式对燃烧及NO_x排放影响规律进行了数值模拟研究。采用CFD数值计算方法对炉膛原始工况进行了计算,并将结果与实际运行参数进行对比,验证了模型的准确性。通过分析不同的乏气风布置方式对低氮燃烧的影响,确定了最佳的乏气风布置方式。数值模拟结果表明,乏气风的布置对于炉内的燃烧及NO_x生成有重大影响。方式1和方式2的NO_x生成量均超过800 mg/Nm~3,方式3飞灰含碳量高达6.85%,方式4高温区靠近水冷壁易引起结焦结渣,以上4种布置方式各有缺陷。而布置方式5的NO_x生成量为762 mg/Nm~3,飞灰含碳量为4.51%,温度分布合理是最佳的布置方式。