缝式低NOx燃烧器结构的优化模拟

天然气作为燃料具有效率高、污染物排放少等特点,但其燃烧时易产生局部高温,同时生成NO_x。因此天然气燃烧器的优化设计,对于天然气的清洁高效利用具有非常重要的作用。针对现有新型缝式低NO_x燃烧器进行结构改进,对改进后的结构进行模拟分析和实验验证,结果表明：在天然气管道上斜开圆孔,在降低NO_x排放方面有一定的效果,温度分布均匀性也得到了保证;当开孔方向与切缝方向一致时,高温区有所减小,烟气出口NO_x平均浓度降幅较大,且随着开孔角度的增大,烟气出口NO_x平均浓度逐渐减小;细缝左侧加挡板时烟气NO_x平均浓度降低,且随着挡板角度增加,烟气出口NO_x平均浓度先降低后增加,细缝左侧加30°挡板是最佳结构。与切缝方向一致时开孔50°是最佳结构。     

壁面散热对天然气柔和燃烧器NO_x排放影响研究

随着"煤改气"的逐步推进,天然气锅炉应用越来越多,在保证效率的同时,锅炉的NO_x排放标准也越来越严格。以应用于锅炉的柔和燃烧器为研究对象,通过实验和化学反应模型的方法研究了柔和燃烧器在不同换热情况(石英玻璃罩和水套)下NO_x排放特性,并对不同工况进行了分析。结果表明,燃烧器散热越大,越有利于降低NO_x排放,当量比小于0.9时,NO_x排放低于30 mg/Nm~3,可以直接满足现有锅炉排放需求。模拟结果显示相对NO_x随散热量呈负相关变化趋势。相对NO_x随当量比的变化曲线随着散热量的增加而变得更加平缓,说明散热量增大会减弱当量比对相对NO_x的影响,使其在不同当量比下的下降程度相当。分析其原因是散热量增大,燃烧室内温度整体下降,烟气在高温区的停留时间减小,热力型NO_x的影响在减弱,快速型NO_x及N_2O型NO_x对整体NO_x的贡献在增强。     

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。     

裂解炉低氮燃烧器优化运行探讨

对CBL-Ⅲ型100 kt裂解炉应用低氮燃烧器后,烟气NO_x排放超标原因进行分析。结合低氮燃烧器设计条件、工作原理和实际运行状况,对裂解炉炉体漏风处进行封堵。通过调整风机转速,底部、侧壁风门开度等手段,控制烟气内氧气含量,优化炉膛热场分布,降低裂解炉烟气内NO_x生成量。通过优化调整,裂解炉在正常运行工况下NO_x排放达到国家排放要求。同时摸索出了烟气内氧气含量对NO_x和CO生成的影响,确定了最优的烟气氧含量区间。分析裂解炉生产负荷对NO_x生成的影响,提出负荷变化后裂解炉操作调整方向。形成低氮燃烧器操作手册,指导裂解炉日常操作。     

循环流化床锅炉低氮燃烧技术试验研究

为解决某130 t/h循环流化床(CFB)锅炉氮氧化物(NO_x)原始排放较高的问题,采取了分离器提效改造、增加烟气再循环(flue gas recirculation,FGR)、提高二次风入射高度等低氮燃烧改造措施,并且进行了燃烧调整试验。试验结果表明,额定负荷下,氧含量维持3.3%~3.8%,NO_x原始排放浓度由改造前300~350 mg/Nm~3降至245 mg/Nm~3;空预器前氧含量3.3%或3.8%时,脱硝氨水消耗量均呈上升趋势;氧含量2.2%时,氨水消耗量达400 kg/h,且反应器出口NO_x质量浓度为110 mg/Nm~3;中心筒出口烟温随FGR开度的增大而升高,氨水消耗量先降低后升高;中心筒出口烟温随上层二次风门的关小逐渐降低,氨水消耗量先降低后升高。结果表明,对于反应器出口NO_x排放,氧含量存在一个最佳范围;FGR开度与二次风入射位置均对燃料的后燃现象影响显著,后燃严重时会导致选择性非催化还原反应(SNCR)脱硝效率降低,甚至失效。     

煤粉工业锅炉空气深度分级数值模拟研究

为了研究空气分级低氮燃烧技术对煤粉工业锅炉NO_x初始排放浓度的影响规律,针对煤科院40 t/h煤粉工业锅炉采用数值模拟的方法探讨了空气分级深度对锅炉燃烧及NO_x初始排放浓度的影响规律,并通过工程试验验证了模拟结果的准确性。研究结果表明:随着三次风比例由0增至50%,双锥燃烧器出口平均温度由980 K上升至1 530 K,且温度分布更加均匀;双锥燃烧器出口气流流速降低约10 m/s;锅炉NO_x初始排放浓度由空气不分级工况下的697 mg/m~3降至三次风30%工况下的424 mg/m~3,降幅约39%。工程试验表明,三次风比例为30%时,NO_x初始排放浓度为409 mg/m~3,与数值模拟结果相差小于5%,数值模拟较好地预测了锅炉燃烧及NO_x排放情况。空气深度分级低氮燃烧技术可有效降低煤粉工业锅炉NO_x初始排放浓度。     

耐火材料燃气窑炉的氮氧化物减排技术研究

为降低工业燃气窑炉的NO_x排放浓度,寻找适合耐火材料燃气窑炉的氮氧化物减排的解决方案,开展了对实验室1 m~3高温梭式窑(1 800℃)和生产企业的耐火材料燃气高温隧道窑的低氮氧燃烧技术与烟气干法催化吸附的试验研究,以及对烟气组成的实测与分析。结果表明:采用低NO_x预混型高速燃烧器可从源头减少NO_x生成,燃烧产物喷出速度在100 m·s~(-1)以上,能显著降低高温燃气窑炉NO_x排放浓度,实现过程减排(减排量40%),减除投资和运行费用较高的烟气脱硝负担;对于使用温度1 400℃以下的燃气窑炉使用此技术NO_x排放浓度100 mg·m~(-3);对于使用温度1 400℃以上的燃气窑炉通过源头控制、过程减排,使烟气中NO_x显著降低,末端治理再采用无机复合固体吸附剂干法催化吸附技术,可以在相对比较低的投入条件下取得理想的减排效果,NO_x排放浓度50 mg·m~(-3),实现了NO_x超低排放的要求。     

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。     

燃烧优化调整对NO_x排放和锅炉效率的影响

为研究燃烧调整对NO_x排放和锅炉效率的影响,在330 MW煤粉炉机组满负荷运行工况下,通过调整过量空气系数、SOFA风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角,测定了尾部烟道SCR入口A、B两侧的NO_x排放浓度及其相关数据,并计算得到锅炉效率,研究了各因素对NO_x排放浓度和锅炉效率的影响。结果表明,运行氧含量较低时能降低NO_x浓度并保证较高的锅炉效率;倒塔配风的NO_x排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约9.1%和7.8%,倒塔配风最低,正塔配风最高;锅炉效率随着SOFA风开度的减小呈先上升后下降趋势,而NO_x浓度呈递增趋势;随着周界风开度的逐渐增大,锅炉效率先减小后增加,而NO_x排放逐渐增大,周界风开度变化7%,锅炉效率变化1%左右;随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下降趋势,而NO_x浓度呈下降趋势。     

降低重油催化装置烟气NOx和外排水COD的助剂探索应用

为控制再生烟气NO_x排放,海南炼化在280万t/a重油催化裂化装置上进行了RDNO_x助剂工业应用试验。结合装置实际工况,开展了降低烟气NO_x排放和控制外排水COD两种模式的标定。试验结果表明,在助剂按新鲜剂补充量2%稳定加注时,在保持CO锅炉操作条件与空白标定基本相当或外排CO质量浓度有所降低的情况下,烟气NO_x质量浓度降低近40mg/m3,脱除率21%以上;在提高CO炉膛温度使烟气CO更充分燃烧的情况下,可保持烟气NO_x浓度稳定,外排水COD浓度降低7 mg/L以上。     

一次风速对高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器性能影响的数值模拟

高浓度煤粉燃烧器能稳定燃烧和显著降低NO_x排放,是一种经济环保的燃烧技术,其一次风速对炉内着火延迟、煤粉燃烧稳定性以及NO_x排放量都有重要的影响。为了确定适合新型高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器的一次风速,为燃烧器的现场试验和实际运行提供指导依据,采用ANSYS Fluent软件模拟计算了一次风速对煤粉燃烧稳定性和NO_x排放的影响。先进行网格无关性检验,并用一台25 t/h全尺寸煤粉工业锅炉进行试验,验证了模型的准确性。数值模拟计算结果表明:新型高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器可在预燃室和炉膛内形成2个回流区,预燃室内的回流区保证煤粉稳定燃烧,炉膛内的回流区降低NO_x。一次风速过低时,一、二次风的后期混合减弱,煤粉燃烧不稳定,NO_x排放量略微升高;一次风速过高时,二次风与煤粉的混合被削弱,煤粉燃烧同样不稳定,且焦炭转化率明显下降,NO_x排放大幅增加;一次风速从17 m/s增加到20 m/s,出口截面NO_x浓度提高约10%;适当的一次风速不仅能稳定煤粉着火和燃烧,还能实现NO_x低排放。试验研究燃烧器的最佳一次风速在14～17 m/s。     

混燃煤气气氛下NO_x排放特性与建模预测

以300MW煤/气混燃锅炉为研究对象,理论计算了高炉煤气、焦炉煤气及煤粉的热量混燃比对烟气量的影响特性,对混燃煤气协同分级配风条件下的NO_x排放特性进行了优化实验研究,利用实验数据建立了NO_x排放浓度的预测模型。结果表明:当高炉煤气与焦炉煤气配比为0.3时产生的理论烟气量与纯然煤工况相当;混燃高炉煤气使得炉膛温度温差减小,有利于控制NO_x排放;随着高炉煤气热量混燃比和分离燃尽风率的增加NO_x排放浓度逐渐降低,而飞灰含碳量逐渐增加。综合衡量NO_x排放浓度和飞灰含碳量,高炉煤气(BFG)与焦炉煤气(COG)的最佳热量混燃比配比应低于1.3,最佳的分离燃尽风率为24%。通过对比所建立的3种NO_x排放预测模型,发现遗传算法优化的BP神经网络模型具有较高的预测精度,能够准确表达锅炉输入参数和输出参数的非线性关系。     

SNCR/烟气再循环协同脱硝技术研究

短期内煤炭作为我国主要能源的现状不会改变。由于煤燃烧会释放大量NO_x,造成严重的环境污染,因此煤炭燃烧过程中的NO_x控制至关重要。链条锅炉作为我国工业应用最为广泛的燃煤锅炉之一,是降低NO_x排放的重点对象,尤其在新实施的GB 13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》中规定重点地区锅炉NO_x排放值不得高于200 mg/m~3后,链条炉低氮燃烧和NO_x脱除技术受到广泛关注。为降低链条锅炉NO_x排放,满足国家环保要求的同时,降低企业运行维护成本,提高企业经济效益,以西安高新区某供热站4×75 t/h链条锅炉为研究对象,进行烟气再循环与SNCR耦合低氮燃烧NO_x脱除技术改造研究。研究了SNCR与烟气再循环耦合低氮燃烧系统参数,如烟气再循环率,再循环烟气一、二次风室送入比例,氨氮摩尔比,锅炉负荷变化等脱硝系统参数对NO_x脱除效率及链条炉燃烧特性的影响,确定了烟气再循环与SNCR技术耦合脱硝的最佳运行参数,结果表明:SNCR耦合烟气再循环低氮燃烧技术能有效降低链条锅炉NO_x排放。烟气再循环率为16%～18%,再循环烟气一次风室送入比例为82%,氨氮摩尔比为0.78时,SNCR耦合烟气在循环脱硝系统可达最佳脱硝效率。此时SNCR耦合烟气再循环联合脱硝效率可达到56%,SNCR单独运行脱硝效率可达40%,NO_x实际排放可从250 mg/m~3降至110 mg/m~3,远高于国家NO_x排放标准。     

超临界对冲旋流燃烧锅炉低氮改造

为了降低进入SCR(选择性催化还原)装置的NO_x浓度,拟对某电厂600 MW超临界锅炉进行低氮燃烧器改造,在改造前对NO_x排放浓度高的原因进行分析,同时提出3种备选改造方案并进行数值模拟研究,最后确定最优方案,即:保持原来燃烧器数量、位置不变,减小各次风的通流面积(风速不变),使主燃烧器区域过量空气系数为0.85,更换先进的低氮燃烧器,在原来的位于34.724 m标高位置的16只SOFA(分离燃尽风)风口中只保留两侧墙的6只,并在标高39.350 m处布置一层SOFA燃尽风(12个喷口)。改造后进入SCR的NO_x平均质量浓度约为400.7 mg/m~3,与数值模拟计算结果误差为12.8%,说明数值模拟计算结果具有参考意义。     

燃气锅炉中NO2的生成规律研究

天然气燃烧过程主要污染物是NO和NO_2。针对部分燃气锅炉NO_2排放较高的情况,开展了中试实验和数值模拟,研究天然气燃烧过程NO_2生成规律。结果表明当锅炉采用"燃烧器分级燃烧+烟气再循环"的低氮燃烧策略时,如果燃烧器的伴流风与燃料的混合被推迟,则NO_2的生成量较大,最高超过总NO_x生成量的50%,空气和燃料充分混合的条件下NO_2生成量较少。NO_2在热燃烧产物与冷空气碰撞的交界面上大量生成,NO_2生成的温度窗口是800～900 K。NO_2主要通过NO与HO_2的反应生成,NO_2分解后又生成NO,NO_2的生成不会显著影响燃烧过程总NO_x的排放。     

富氧低NOx稳燃技术在300 MW煤粉锅炉机组灵活性调峰中的应用

为了对富氧低NO_x稳燃技术的实际应用效果进行工程示范,针对富氧低NO_x稳燃技术在300 MW亚临界煤粉锅炉上的低负荷稳燃特性进行了实炉试验研究。通过将锅炉A、D层原12台一次风燃烧器改造为富氧低NO_x燃烧器以及对锅炉主要运行参数的测量分析,研究富氧低NO_x稳燃技术对SCR入口的NO_x原始排放浓度、烟气温度,以及对锅炉总体运行特性的影响。实炉试验、日常运行以及第三方完成的性能测试结果表明,原锅炉改造应用富氧低NO_x稳燃技术后,NO_x原始生成量明显降低。改造后的运行实践证明,锅炉最低可在23.5%负荷(70.4 MW)下稳定运行,且同时能保证锅炉出口过热蒸汽参数和再热蒸汽参数达到运行要求、SCR入口烟温维持在280℃以上及NO_x原始生成浓度低于300 mg/Nm3,实现NO_x超低排放。锅炉运行经济性统计分析表明,采用富燃低NO_x稳燃技术后,调峰能力大幅提高,可长期低负荷运行,且可有效投入SCR脱硝系统,锅炉的年平均点火和低负荷稳燃用油量减少了65%。因此富氧低NO_x稳燃技术可实现锅炉的低负荷稳燃及超低排放,且大幅降低锅炉点火及稳燃用油,提高锅炉的经济性。     

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。     

660MW墙式切圆锅炉燃烧器数值模拟优化改造

针对某电厂水冷壁结渣、动力场不稳及低负荷稳燃能力差等问题,通过对百叶窗式煤粉浓缩器的性能参数进行试验优化,提出改进措施。利用Fluent计算软件,分析对比改造前后的空气动力场、温度场和烟气中各组分物质的量浓度的分布。结果表明:将挡板延长至钝体并与之结合,使浓、淡相煤粉气流一直保持到燃烧器出口,并通过将第一级叶片改为丘体型结构,第二、三级叶片中间开竖槽并适当调整叶片结构参数,获得较理想的煤粉浓缩效果,提高燃烧器的稳燃性能。     

330 MW发电机组贫煤燃烧NO_x排放特性及控制

针对330 MW贫煤锅炉开展了低氮燃烧系统的现场试验,研究了炉膛出口以及SCR前后的NO_x排放情况,还考查了NO_x浓度随烟道深度和锅炉负荷的变化情况。结果表明:炉膛出口的NO_x浓度基本维持在600 mg/m~3左右。NO_x排放浓度与取样位置有关,现场检测NO_x时要在断面合理布点。在炉内低氮燃烧+SCR共同控制下,贫煤锅炉在不同负荷下都可实现烟气出口NO_x浓度≤50 mg/m~3。SCR系统正常运行情况下脱硝效果较好,但存在氨耗量较大,催化剂堵塞、磨损、低负荷情况脱硝效率较低等问题,建议对于贫煤机组可以采用SNCR+SCR的联合脱硝方法,增加氨气在系统内停留时间,提高脱硝效率,避免氨逃逸。     

焦炉立火道NO_x形成的数值模拟

针对焦炉立火道内的废气循环燃烧多浓度场过程开展数值模拟,详细研究了空气和煤气入口尺寸及废气循环对NO_x生成的影响。结果表明,NO_x绝大部分是在上升立火道高度方向的中间位置高温区生成;增加外循环烟气量可以降低燃烧温度和缩小高温区域,从而降低NO_x生成量;当外循环率为20%时,最高温度降低88℃,温度场更加均匀;当入口面积减小为原来的1/2时,内循环率增加至原来的1.95倍,NO_x排放量降低13.7%。