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挥发分反应特性和立体分级燃烧对NO_x排放的影响

张晓辉  
【摘要】: 结合我国目前经济发展及能源利用状况,开发出具有低成本、高效、安全的燃烧法脱除NO_x排放技术已成为控制污染物排放的一个重要目标。本文以此为出发点,对电站锅炉燃煤过程中的NO析出影响因素展开机理研究,并通过在不同负荷机组上进行工业验证,开发出立体分级低NO_x燃烧系统。 首先对我国某高挥发分烟煤展开热重—红外光谱仪联用(TG-FTIR)机理试验研究,采用Coasts-Redfern积分法对热解动力学参数进行求解,发现当n=1时其相关系数最佳,建立了升温速率为20、40和80K/min时的热解动力学模型,动力学模型模拟结果与试验结果吻合较好;同时,深入研究了热解条件对挥发分析出产物及含量的影响,确定了在不同升温速率下的CH_4、CO等主要析出产物及含氮化合物(NH3)占原煤的质量份额。 随后,把热重试验结果,与FG-DVC模型的计算结果进行对比,二者吻合较好,说明该热解模型可以用于描述我国烟煤的热解过程及产物。对真实燃烧条件下的挥发分组分及含量进行计算,采用GRI3.0反应机理的PFR反应器模型,对不同化学当量比下的燃料N生成NO的转化率“CR”进行计算。发现随着化学当量比的增加,NO转化率逐渐降低。得出在燃烧法脱除NO_x所采用的高化学当量比燃烧条件下,NO_x完全转化达到稳定需要较长时间,约为0.2s左右,并据此确定了对于高挥发分烟煤,为了达到降低NO_x排放的目的,由主燃烧区至燃尽区的停留时间不能少于0.32s的结论。从而确立了面向电站锅炉的立体分级燃烧系统方案。 分别对中储仓式和直吹式制粉系统锅炉机组开展工业试验研究,在保证机组稳定运行基础上,NO_x排放浓度取得大幅度降低,其中50MW中储仓式制粉系统锅炉机组可将NO_x排放量控制在450mg/m3以下;对200MW直吹式制粉系统锅炉机组进行改造后,可将NO_x排放量有效控制在350mg/m3以下,最低可降至250mg/m3左右,取得了巨大的经济及社会效益,从而在不同容量机组上验证了前期机理研究方案的可靠性。 最后,采用验证后的模型和计算方法对不同容量机组上的燃烧及NO_x排放进行模拟,采用结合FG-DVC热解模型的FLUENT后处理平台,对NO_x排放水平进行模拟计算,结果与试验值吻合较好,验证了模型的稳定性和可靠性。为低NO_x燃烧技术改造结果的预报奠定了模拟研究基础。 本研究工作对推广及应用立体分级低NO_x燃烧技术,降低电站锅炉NO_x排放,提高燃烧效率,降低能耗提供理论依据及技术参考。


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