高揮發(fā)分煤分級(jí)燃燒NO_x減排實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究
發(fā)布時(shí)間:2019-10-02 07:34
【摘要】:燃煤造成的污染是目前全球污染的關(guān)鍵問(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)程的數(shù)學(xué)物理模型,對(duì)煤粉燃燒過(guò)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(guò)程,可以很好的描述分級(jí)燃燒過(guò)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)NOx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)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)研究還表明,通過(guò)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(wèn)題及對(duì)爐膛結(jié)渣問(wèn)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)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整二次風(fēng)噴入方式和三層燃盡風(fēng)的噴入方式都會(huì)對(duì)NOx的排放有積極的效果,機(jī)組NOx的排放量甚至能降至209mg/m3左右。通過(guò)這些措施,該機(jī)組的結(jié)渣問(wèn)題也得到了有效的緩解。
【圖文】:
度是主要因素,熱力型 NOx的生成速率與的升高而迅速增加,在溫度低于 1 500℃的成,但是當(dāng)溫度高于 1 500℃的時(shí)候,每增加 6~7 倍[17],如圖 1-1 所示。在高于 1 NOx生成量的 25%左右,,根據(jù)燃燒溫度
圖 1-9 空氣分級(jí)在四角切圓鍋爐中的應(yīng)用Fig. 1-9 air-staged combustion in the tangentially firing f膛布風(fēng)的方式又主要分為以下兩種技術(shù):CCOFA緊密耦合燃盡風(fēng))和 SOFA(Separated over-fire aOFA 和 SOFA 技術(shù)之間的主要區(qū)別如下:1)CC燒系統(tǒng)端部風(fēng)出口相毗鄰的位置,而 SOFA 的燃
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:X773
本文編號(hào):2544827
【圖文】:
度是主要因素,熱力型 NOx的生成速率與的升高而迅速增加,在溫度低于 1 500℃的成,但是當(dāng)溫度高于 1 500℃的時(shí)候,每增加 6~7 倍[17],如圖 1-1 所示。在高于 1 NOx生成量的 25%左右,,根據(jù)燃燒溫度
圖 1-9 空氣分級(jí)在四角切圓鍋爐中的應(yīng)用Fig. 1-9 air-staged combustion in the tangentially firing f膛布風(fēng)的方式又主要分為以下兩種技術(shù):CCOFA緊密耦合燃盡風(fēng))和 SOFA(Separated over-fire aOFA 和 SOFA 技術(shù)之間的主要區(qū)別如下:1)CC燒系統(tǒng)端部風(fēng)出口相毗鄰的位置,而 SOFA 的燃
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:X773
本文編號(hào):2544827
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