高揮發(fā)分煤分級(jí)燃燒NOx減排實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究.pdf

1、燃煤造成的污染是目前全球污染的關(guān)鍵問題之一，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響越來(lái)越嚴(yán)重。氮氧化物（NOx）是燃煤污染的主要污染物之一（大氣中67％的NOx由煤燃燒所產(chǎn)生），而中國(guó)燃煤電站鍋爐機(jī)組型式多樣，煤種來(lái)源也多樣化，實(shí)際運(yùn)行過程中運(yùn)行參數(shù)的變化將極大地影響著NOx的排放，同時(shí)中國(guó)低階煤儲(chǔ)量豐富，大量的低階煤被用于燃煤發(fā)電。因此，有效的降低電站鍋爐尤其是燃用低階煤電站鍋爐的NOx排放量對(duì)降低中國(guó)燃煤電站NOx排放意義重大。論文作者設(shè)計(jì)并搭建了能夠模

2、擬實(shí)際爐膛煤粉燃燒環(huán)境的多反應(yīng)控制段攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)（EFR-MRS），并針對(duì)中國(guó)典型的低階煤分級(jí)燃燒 NOx減排問題作了詳細(xì)的研究。此外，論文作者還在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了高燃料 N煙煤空氣分級(jí)NOx減排影響的實(shí)驗(yàn)研究。最后，在一臺(tái)燃用高揮發(fā)分褐煤的600MW鍋爐上進(jìn)行分級(jí)燃燒NOx減排的工業(yè)應(yīng)用研究，證明了本文研究成果的應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì)EFR-MRS系統(tǒng)煤粉燃燒過程構(gòu)建了包括煤的熱解、揮發(fā)分燃燒、焦炭的燃燒、燃料氮的轉(zhuǎn)化等過程

3、的數(shù)學(xué)物理模型，對(duì)煤粉燃燒過程和燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并進(jìn)行了誤差分析。采用該系統(tǒng)能夠有效的模擬鍋爐的實(shí)際燃燒過程，可以很好的描述分級(jí)燃燒過程中燃燒參數(shù)的變化對(duì)氮氧化物等污染物排放的影響。誤差分析表明，整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的誤差可以控制在±4.5%以內(nèi)。
　　針對(duì)中國(guó)低階煤（四種褐煤、一種次煙煤）及兩種高揮發(fā)分煙煤，采用EFR-MRS系統(tǒng)，研究了空氣分級(jí)燃燒條件下，還原區(qū)化學(xué)當(dāng)量比（λ1）、停留時(shí)間（τ1）及煤質(zhì)等因素對(duì) N

4、Ox排放的影響，并提出了表征 NOx排放與煤質(zhì)特征的綜合折算指數(shù)（Sz）。研究表明，隨著λ1的降低或τ1的延長(zhǎng)，NOx排放濃度降低，還原率升高。針對(duì)低階煤，當(dāng)τ1在1.0s~1.5s范圍時(shí)，減排效果最好；對(duì)于高揮發(fā)分煙煤，τ1大于1s之后，繼續(xù)延長(zhǎng)停留時(shí)間已經(jīng)對(duì) NOx的減排效果不太明顯了。此外，揮發(fā)分含量越高的煤種采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，燃料N轉(zhuǎn)化為NOx的轉(zhuǎn)化率越低，越利于NOx的減排。對(duì)于本章所研究的七種高揮發(fā)分煤，Sz越大，NOx

5、還原率越高。同時(shí)，采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)不會(huì)明顯的降低煤粉的燃盡效果。
　　針對(duì)兩種燃料氮含量較高的煙煤采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)情況下，NOx的排放及燃盡情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明，不分級(jí)燃燒情況下燃料氮含量越高的煤，NOx排放越高；空氣分級(jí)燃燒情況下燃料氮含量越高的煤，燃料氮向燃料型 NOx的轉(zhuǎn)化率越低。空氣分級(jí)情況下，還原區(qū)停留時(shí)間為0.8~1.0s及化學(xué)當(dāng)量比為0.75的時(shí)候，大同及俄羅斯煤均能獲得較低的NOx排放。采用空氣分級(jí)

6、燃燒技術(shù)情況下，俄羅斯煙煤的燃盡效果與大同煙煤類似，燃盡情況較好。
　　針對(duì)中國(guó)低階煤（四種褐煤、一種次煙煤）及一種高揮發(fā)分煙煤，采用EFR-MRS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了燃料分級(jí)條件下，再燃燃料比（Rff）、主燃區(qū)化學(xué)當(dāng)量比（λ1）、再燃區(qū)停留時(shí)間（τ2）、再燃區(qū)化學(xué)當(dāng)量比（λ2）及煤質(zhì)等因素對(duì)NOx排放的影響，研究結(jié)果進(jìn)一步的豐富了煤粉的再燃數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)果表明，在本文空氣分級(jí)技術(shù)研究中提出的綜合折算指數(shù)（Sz）仍然適用于表征燃料分級(jí)情況下

7、 NOx排放與煤質(zhì)特征的關(guān)系。研究還表明，Rff越大或τ2越長(zhǎng)，NOx還原率則越高；同時(shí)λ2越低，NOx還原率越高。燃料分級(jí)燃燒技術(shù)最佳參數(shù)范圍分別為：Rff≈15%~20%，τ2≈0.8s，λ2≈0.8。本文將λ1拓展至0.8，獲得了更低的NOx排放，結(jié)果表明隨著λ1的降低，NOx排放量繼續(xù)減少。采用高揮發(fā)分煤再燃，再燃燃料的揮發(fā)分含量越高，或燃料N含量越高，再燃時(shí)對(duì)NOx的減排效果則越明顯。NOx還原率隨著Sz的增加而增加。再燃實(shí)驗(yàn)

8、研究還表明，通過再燃在有效降低 NOx排放的情況下，對(duì)煤粉的燃盡特性影響不大。
　　針對(duì)某燃用高揮發(fā)分褐煤的600MW鍋爐，在主燃區(qū)采用水平濃淡燃燒器以及采用不同磨煤機(jī)停運(yùn)方式和分離式燃盡風(fēng)（SOFA）的合理組合，采取燃料水平分級(jí)與空氣垂直分級(jí)相結(jié)合的方式進(jìn)行了技術(shù)改造，重點(diǎn)研究了如何降低NOx排放的問題及對(duì)爐膛結(jié)渣問題的優(yōu)化。結(jié)果表明，提高燃盡風(fēng)率和降低出口氧量的措施有利于NOx排放，磨煤機(jī)的停運(yùn)方式也影響著NOx的排放，同時(shí)適