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《浙江大学》 2009年
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煤粉空气分级和再燃技术机理、应用和模型研究

刘茂省  
【摘要】:随着我国工业化进程的不断推进,大气污染问题已经成为摆在我们面前的严峻挑战之一。近几年随着SO2排放逐渐得到控制,氮氧化物排放逐渐成为主要的大气污染物。我国能源以煤炭为主,煤燃烧排放的氮氧化物成为氮氧化物主要来源之一,控制煤燃烧过程中氮氧化物生成意义重大。 本文以探索煤燃烧过程中NOx生成控制最佳途径为研究目标,按照“固定床机理试验—沉降炉模拟试验—应用研究—计算模型”的思路研究了煤粉燃烧过程中NOx的生成与控制规律。 固定床试验主要研究煤粉燃烧和煤粉还原NOx过程机理,试验同时测量了燃烧过程中NO、HCN、NH3等的生成量,提出了通过对比燃料N向NO、HCN、NH3转化率与向N2转化率来综合评价燃烧过程中NOx控制效果的方法。本文试验条件下,氧浓度在1%~2%时,挥发份燃烧阶段NOx控制效果最佳,而且此气氛下挥发份还原烟气中NOx效果最佳;焦炭燃烧阶段NOx的生成和抑制受多种因素影响,其中氧浓度的影响最为明显,氧浓度的升高不利于焦炭燃烧过程中NOx的控制。 在沉降炉上模拟了空气分级燃烧和煤粉再燃过程。在煤粉燃烧初期,富氧和欠氧条件下的燃烧过程相似,都有大量NO生成,燃烧后期NO会得到部分还原,欠氧条件下的NO还原率要高于富氧条件;采用空气分级燃烧技术控制NOx生成时,一次燃烧区域空气系数应取0.8左右,过低的空气系数会大大增大飞灰含碳量;综合考虑经济性和NOx排放控制,建议煤粉再燃技术再燃区空气系数取0.8~0.85。 在大型电站锅炉上实施了空气分级燃烧和煤粉再燃,对比了技术改造前后锅炉的炉膛温度、蒸汽参数、NOx排放浓度、锅炉效率等,分析了运行方式对低NOx燃烧技术的影响规律。大型电站锅炉示范试验NOx脱除率超过50%。 最后,建立了大型锅炉低NOx燃烧计算模型,模型包括煤粉热解和燃烧、炉膛传热计算、NOx生成与还原等计算模块。模型计算结果与大型电站锅炉试验结果吻合;采用模型计算优化了三次风、再燃风、燃尽风布置方式,计算结果对低NOx燃烧技术工程设计具有重大指导意义。
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