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再燃煤粉着火特性及炉内脱硝的实验研究

肖佳元  
【摘要】: 能源消耗的全球性增长与化石能源的大量使用是造成全球环境污染的重要原因。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,目前煤炭占我国能源总需求的75%左右,这样的能源消费结构在今后相当长时期内不会有太大变化。煤炭在其开发与利用过程中带来了严重的环境污染问题,影响着环境、气候和人类的健康。火电厂燃煤产生的NOx是氮氧化物排放的主要来源。 为了解决电站锅炉排放的NOx对环境的污染问题,多种控制NOx排放的技术应运而生。煤粉再燃脱硝技术被公认为是降低NOx排放的最有前景的技术之一,特别是超细煤粉再燃还原NOx效率高达50%-70%,已成为当前炉内脱硝领域的研究热点。超细煤粉再燃技术不仅有利于煤粉的燃尽,更主要的是超细煤粉表现出较常规煤粉“超常”的还原活性,即NOx还原效率随粒径变化的依赖关系存在着明显的突变性质。本文认为再燃煤粉的着火状态的变化是造成这一突变现象的根本原因。 本文主要采用实验研究和理论分析的方法,在一维炉上对煤粉再燃脱硝过程及其主要影响因素进行了详细的研究,结合煤粉着火理论分析,合理地解释了各种因素对煤粉着火以及脱硝效率的影响机理。研究成果将对煤粉再燃的高效脱硝具有重要的指导意义。 本文首先采用居里点裂解器和气相色谱仪对煤粉的快速热解特性进行了研究。实验发现,煤粉的快速热解失重主要发生在升温阶段,在各种挥发分组分中,焦油的释放量均最大。烟煤气态挥发分中碳氧化合物质量分数较高,可作为理想的再燃燃料。煤粉快速热解实验及动力学参数计算,为建立煤粉颗粒群均相着火简化模型提供了可靠的实验数据和基础。 其次,本文建立了一维管式炉煤粉再燃实验系统。在一维炉上,构造低氧浓度的再燃条件,研究神木烟煤的均相着火特性,考察了氧浓度、煤粉粒径等因素对着火温度的影响。低氧浓度下煤粉均相着火呈现反应不剧烈,不连续的特点,着火现象的观察判断比较困难。氧浓度对于煤粉均相着火的影响至关重要,氧浓度越低,煤粉均相着火温度越高,延迟时间越长。煤粉粒径对均相着火温度的影响表现为均相着火温度随粒径减小而增大,近似成线性关系。实验研究对于煤粉着火模型的建立和再燃脱硝实验工作的开展提供了必要的指导。 最后,本文利用上述的一维热态试验系统,进行了煤粉再燃还原NO的实验研究。通过大量的试验,得出了煤粉细度、再燃温度、过量空气系数和停留时间等因素对再燃脱硝的影响趋势,并在此基础上总结归纳了煤粉再燃过程中均相着火、异相着火、均相还原和异相还原的复杂作用机理,利用着火理论对各因素的影响做出合理解释,得到以下结论:在一定得粒径范围和较低的再燃温度条件下,由于再燃煤粉着火状态的变化,脱硝效率随再燃区氧浓度增大呈现非单调变化规律,即呈现一个不规则的“M”型;总体上增加再燃区温度水平有利于提高煤粉再燃脱硝效率;煤粉粒径对再燃过程的影响很复杂,粒径在40μm以上,脱硝效率基本上随粒径增大而下降,而40μm以下的脱硝效率却要差于40μm以上的工况。


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