富氧富水蒸气条件下燃烧高氮燃料的NOx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O₂对NO_x的生成相互影响。当O₂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。     

内/外烟气再循环对天然气燃烧NOx生成的影响

烟气再循环作为一种有效抑制NO_x生成的技术,广泛应用于化工、制药和酿酒等行业的天然气低氮燃烧过程,其作用机理是学术界和工业界关注的热点。本文根据内/外烟气再循环的作用不同,设计了弱/强内烟气再循环两种扩散式燃烧器,结合外烟气再循环技术,在0.8MW中试实验台上研究了内/外烟气再循环对天然气燃烧过程NO_x生成的影响规律,同时开展了Fluent数值模拟。结果表明：内烟气再循环能够有效抑制NO_x的生成,同时保证燃烧稳定。相同工况下,带内烟气再循环燃烧器初始排放远低于传统低氮燃烧器。同时结合外烟气再循环技术,可使NO_x排放量维持在30mg/m³以下。Fluent模拟结果显示了外烟气再循环能够显著地降低天然气燃烧火焰区的温度和O₂浓度。其中温度的降低对于NO_x生成的抑制起到了决定性的作用。当NO_x降低到约30mg/m³时,快速型NO_x对整体NO_x生成的贡献超过热力型NO_x,此情况下必须考虑对快速型NO_x进行抑制。     

NbO x 掺杂对Pt/TiO2催化燃烧氯乙烯的促进作用

通过制备Pt/Nb _x /TiO₂研究了NbO _x 在催化燃烧氯乙烯中的作用;采用XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD与Py-FT-IR表征了NbO _x 对于催化剂组织结构、氧化还原以及酸碱性的影响。负载NbO _x 可促进Pt/TiO₂反应性能的提高,当Nb/Ti摩尔比为0.09时,即Pt/Nb_0.09/TiO₂可在246℃实现90%氯乙烯的转化;与Pt/TiO₂相比,达到相同转化率的温度向低温偏移69℃。NbO _x 也影响了催化燃烧过程中的含氯副产物的总浓度和分布。催化剂表征结果发现NbO _x 的引入可进一步增加Pt与载体（TiO₂）之间的相互作用,提高催化剂的表面活性氧物种的浓度,进而促进了催化剂氧化还原性能的提高。催化剂表面的总酸量随着NbO _x 含量的增加而降低,尤其是表面Lewis酸量。因此,催化剂表面的酸量和酸分布不是决定反应性能的唯一因素,而低温的氧化还原性更有利于催化剂性能的提高。     

调节同层二次风以缓解双切圆锅炉高温腐蚀的数值模拟

针对某双切圆锅炉热角区域高温腐蚀问题,本文提出调节同层二次风流量的方法来改善热角上游的还原性氛围。基于Fluent软件模拟了不同冷角二次风流量工况下的炉内燃烧情况,结果表明：增加冷角二次风量可以基本消除双切圆锅炉水冷壁附近CO体积分数过高（>8%）的区域,大大缓解水冷壁高温腐蚀的问题。5%工况和10%工况下,炉膛近壁面安全区域面积占比分别上升了1.20%和1.35%,出口NO _x 平均质量浓度分别升高2.99%和8.89%;而15%工况的炉膛防腐效果最佳,近壁面安全区域面积占比上升了3.60%,同时腐蚀严重区域占比下降了4.99%,出口NO _x 平均质量浓度升高较明显,上升18.91%。在一般电厂实际调整过程中,冷角二次风增量应设置在5%～10%,对于燃用高硫煤且NO _x 排放较低的电厂,建议将冷角二次风增量设置为15%左右,以最大限度缓解高温腐蚀。     

氧浓度对调节NO x 氧化度协同CABR法脱硝性能及菌群结构的影响

针对调节NO _x 氧化度协同化学吸收-生物还原法在不同氧气体积分数下的NO _x 去除性能及微生物群落结构的动态变化,研究了氧气体积分数对该体系的影响机制。结果表明,调节模拟烟气中NO _x 氧化度为50%时,烟气中包含的氧气体积分数在0~8%的范围内,化学吸收-生物还原（CABR）体系的脱硝效率稳定在99%以上;当氧气体积分数达到10%时,系统脱硝效率仍可超过94%。EPS含量检测显示,氧体积分数从0增加至5%,导致LB-EPS中PN/PS值由1.72上升到2.18,TB-EPS中PN/PS值从1.21降至0.706。高通量测序结果表明,不同氧气体积分数下微生物的优势菌门均为Proteobacteria,其相对丰度达到55.0%~85.7%,它是典型的具有好氧反硝化能力的菌门,这保证了该系统脱硝性能的稳定。综上所述,氧体积分数对调节NO _x 氧化度协同CABR集成系统的脱硝效果影响较小,为烟气中NO _x 的去除提供了新的思路。     

NbO x 掺杂对Pt/TiO2催化燃烧氯乙烯的促进作用

通过制备Pt/Nb _x /TiO₂研究了NbO _x 在催化燃烧氯乙烯中的作用;采用XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD与Py-FT-IR表征了NbO _x 对于催化剂组织结构、氧化还原以及酸碱性的影响。负载NbO _x 可促进Pt/TiO₂反应性能的提高,当Nb/Ti摩尔比为0.09时,即Pt/Nb_0.09/TiO₂可在246℃实现90%氯乙烯的转化;与Pt/TiO₂相比,达到相同转化率的温度向低温偏移69℃。NbO _x 也影响了催化燃烧过程中的含氯副产物的总浓度和分布。催化剂表征结果发现NbO _x 的引入可进一步增加Pt与载体（TiO₂）之间的相互作用,提高催化剂的表面活性氧物种的浓度,进而促进了催化剂氧化还原性能的提高。催化剂表面的总酸量随着NbO _x 含量的增加而降低,尤其是表面Lewis酸量。因此,催化剂表面的酸量和酸分布不是决定反应性能的唯一因素,而低温的氧化还原性更有利于催化剂性能的提高。     

不锈钢酸洗废混酸流化床焙烧再生特性的实验研究

废酸流化床法再生技术可高效回收酸和金属离子,具有广阔的应用前景。利用自行搭建的流化床热态实验装置,并结合SEM、离子色谱和XPS等表征手段研究了密相区温度、初始床料粒径对废混酸（HNO₃+HF）中酸与金属离子再生回收特性的影响规律。结果表明：流化床法可有效实现废混酸中酸和金属元素再生回收,金属氧化物在床料表面附着量随流化床密相区温度的升高而增加,850℃时达到峰值,继续升温后附着量小幅降低,同时增大床料初始粒径,金属氧化物在床料表面附着量将大幅提高;NO _x 、HF生成量随流化床密相区温度的升高而增加,750℃时达到峰值,继续升温后大幅回落,同时随着床料初始粒径增大,NO _x 生成量将小幅降低,而HF生成量峰值对应的密相区温度变化到800℃。     

臭氧低温氧化烟气脱硝过程中的氮平衡试验研究

臭氧氧化污染物协同脱除技术利用臭氧的强氧化性,将烟气中溶解度较低的NO _x 、Hg、VOCs等多种污染物氧化为高价态或易溶解的形式,并结合尾部湿法喷淋系统实现污染物的同时脱除。由于其具有温度窗口低、脱硝效率高、反应速率快及改造难度小等优点,在工业锅炉、窑炉及非电行业得到广泛应用。但是在此过程中的污染物实际转化路径,尤其是氮氧化物的输入/输出平衡,目前还未有详细的验证试验支撑。因此本文针对典型臭氧氧化脱硝过程,对污染物脱除过程中的氮氧化物输入/输出平衡及氮元素流向进行了分析试验。试验结果表明,气相输入的NO经过臭氧氧化耦合湿法喷淋后逐渐转化为液相中硝酸根和亚硝酸根离子。在不同O₃/NO摩尔比下,气相氮元素的减少量均以液相中硝酸根及亚硝酸根的增加量存在,不存在其他含氮形式。同时,吸收浆液中硝酸盐及亚硝酸盐的转化率也与烟气中NO _x 脱除率相匹配。在NO/SO₂同时氧化条件下,调节O₃/NO摩尔比,结合湿法喷淋系统可以实现NO _x /SO₂的协同高效脱除,同时系统满足氮元素输入/输出平衡,为臭氧氧化污染物协同脱除技术的工程应用推广提供了依据。     

裂解炉供热方式对燃烧特性影响的模拟研究

利用计算流体力学Fluent软件,对全底烧供热和侧壁燃烧器采用预混与非预混燃烧的联合供热的工况,进行数值模拟计算,得到了燃烧室内的NO浓度场、燃气喷口的温度场及其变化曲线。计算结果表明,联合供热时对炉内温度、NO的生成量有显著影响,侧壁燃烧器采用预混燃烧时温度场更均匀、NO的生成量更少;全低烧供热时燃烧速度更快,炉膛内平均温度高于联合供热。     

旋转流中预混合火焰高速传播现象—II.点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上,围绕燃烧器的点火特性,对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析.结果表明,不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成,在相同的燃烧工况下,在流场中点火位置不同,火焰的发展出现不同的趋势.在靠近中心轴附近的低速区点火时,火焰能够稳定;在靠近管壁的高速区点火时,撤离点火源后,火焰吹熄.本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.     

基于热解与燃烧反应重构的低NO x 解耦燃烧原理与技术

解耦燃烧原理最早于1995年被用于烟煤的低氮无烟燃烧,其通过分离燃料热解与半焦燃烧,打破两反应在传统燃烧方式中的耦合作用,并通过重构热解挥发分与半焦的燃烧反应,实现挥发分完全燃烧的同时有效还原燃烧生成的NO _x。基于此方法的燃烧技术在1997年被定义为“解耦燃烧”。本文围绕固体燃料解耦燃烧高效低氮化原理、燃烧过程反应重构原则和反应过程定向调控关键要素,综合总结近三十年在煤炭与生物质解耦燃烧基础研究、技术开发、民用及工业燃烧典型应用及其实现的燃烧强化效果等方面取得的主要进展。解耦燃烧耦合其他诸如燃料再燃、燃料或空气分级燃烧、流态重构燃烧等先进燃烧技术可以进一步提高燃烧效率,降低空气污染物排放。解耦燃烧技术特别适合高含水燃料,对创新低阶煤和有机废弃物等的高效低氮燃烧新技术具有重要的科学意义和应用价值。     

基于热解与燃烧反应重构的低NO x 解耦燃烧原理与技术

解耦燃烧原理最早于1995年被用于烟煤的低氮无烟燃烧,其通过分离燃料热解与半焦燃烧,打破两反应在传统燃烧方式中的耦合作用,并通过重构热解挥发分与半焦的燃烧反应,实现挥发分完全燃烧的同时有效还原燃烧生成的NO _x。基于此方法的燃烧技术在1997年被定义为“解耦燃烧”。本文围绕固体燃料解耦燃烧高效低氮化原理、燃烧过程反应重构原则和反应过程定向调控关键要素,综合总结近三十年在煤炭与生物质解耦燃烧基础研究、技术开发、民用及工业燃烧典型应用及其实现的燃烧强化效果等方面取得的主要进展。解耦燃烧耦合其他诸如燃料再燃、燃料或空气分级燃烧、流态重构燃烧等先进燃烧技术可以进一步提高燃烧效率,降低空气污染物排放。解耦燃烧技术特别适合高含水燃料,对创新低阶煤和有机废弃物等的高效低氮燃烧新技术具有重要的科学意义和应用价值。     

Development of a catalytically assisted combustor for a gas turbine

A catalytically assisted low NO_x combustor has been developed which has the advantage of catalyst durability. This combustor is composed of a burner section and a premixed combustion section behind the burner section. The burner system consists of six catalytic combustor segments and six premixing nozzles, which are arranged alternately and in parallel. Fuel flow rate for the catalysts and the premixing nozzles are controlled independently. The catalytic combustion temperature is maintained under 1000°C, additional premixed gas is injected from the premixing nozzles into the catalytic combustion gas, and lean premixed combustion at 1300°C is carried out in the premixed combustion section. This system was designed to avoid catalytic deactivation at high temperature and thermal or mechanical shock fracture of the honeycomb monolith. In order to maintain the catalyst temperature under 1000°C, the combustion characteristics of catalysts at high pressure were investigated using a bench scale reactor and an improved catalyst was selected for the combustor test. A combustor for a 20 MW class multi-can type gas turbine was designed and tested under high pressure conditions using LNG fuel. Measurements of NO_x, CO and unburned hydrocarbon were made and other measurements were made to evaluate combustor performance under various combustion temperatures and pressures. As a result of the tests, it was proved that NO_x emission was lower than 10 ppm converted at 16% O₂, combustion efficiency was almost 100% at 1300°C of combustor outlet temperature and 13.5 ata of combustor inlet pressure.     

低氮燃烧器的NOx排放性能及运行优化

为降低锅炉氮氧化物（NO_x）排放浓度,综合利用烟气内外循环、旋流燃烧、稳焰技术等原理,本文设计出一种适合燃气锅炉的扩散式低氮燃烧器。在2.8MW燃气锅炉上进行了工业试验,同时展开了数值计算。通过工业试验及数值计算表明：燃料消耗量、过量空气系数和烟气外循环率都影响着NO_x的排放浓度,但三者影响程度不同。随着锅炉燃料消耗量的增加,NO_x排放浓度增加;随着过量空气系数的增加,NO_x排放浓度先增加而后降低;随着烟气外循环率的增加,NO_x排放浓度降低。针对本燃烧器,当烟气外循环率控制在28%～40%范围内,过量空气系数只需满足燃气充分燃烧,NO_x排放浓度都会低于30mg/m³;当烟气外循环率超过40%易出现燃烧不稳定现象,低于28%时,NO_x排放浓度会高于30mg/m³,不能满足排放要求。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

氨气/甲烷贫预混旋转湍流火焰稳定性及NO生成

为了研究氨气/甲烷掺混燃气在贫预混旋转湍流状态下的火焰稳定性及NO的排放特性,设计建造了一个可视化的旋转湍流燃烧装置,开展了一系列的实验测量研究。研究表明：随着当量比增大,氨气火焰稳定燃烧的范围有所扩大,但当氨气掺混比大于0.60时火焰出现上下振荡现象,继续增加将导致火焰吹熄;NO的排放水平随当量比增加而提高;但在相同的当量比下,NO的排放随氨气掺混比的增加先升高再下降。此外,分别采用化学反应器网络（CRN）方法和一维层流预混火焰计算方法,对相应的火焰状态进行了数值计算分析,虽然计算结果与实验结果误差较大,但其预测的NO排放特性随氨气掺混比、当量比的变化趋势是一致的,对三者之间误差的来源进行了分析。     

A numerical study of accelerated moderate or intense low-oxygen dilution (MILD) combustion stability for methane in a lab-scale furnace by off-stoichiometric combustion technology

Moderate or intense low-oxygen dilution (MILD) combustion has become a promising low-NOX emission technology, while the delayed mixing of reactants and slower oxidation rate could potentially cause igni-tion instability in some scenarios. This paper proposes a new idea for enhancing the ignition stability for methane MILD combustion by combining with off-stoichiometric combustion (OSC), and its perfor-mances have been numerically assessed through a comparison against the original MILD combustion bur-ner. The results reveal although non-premixed pattern has the lowest NO emission, it suffers from a larger liftoff distance, thus less ignition stability. Contrarily, both partially-premixed and fully premixed patterns exhibit excellent ignition stability. Among the considered OSC conditions, the pattern of Inner ultra-rich and Outer lean produces the lowest NO emission while maintains a high ignition stability. Furthermore, the enhancement of the combustion stability by implementing OSC to the original MILD combustion burner is shown by comparing the operational range of furnace wall temperature (Tf), CO and NO emissions, as well as the evolution of chemical flame. The comparison reveals that OSC can extend the lowest operational Tf from 900 K to 800 K. More importantly, OSC can significantly improve the ignition stability in the whole range of Tf as compared to the original MILD combustion burner.