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大型电站锅炉水煤浆再燃降低NOx排放的试验研究及数值模拟

孟德润  
【摘要】: 本文对大型电站锅炉应用水煤浆再燃技术降低NOx排放进行了详细的试验和数值模拟的研究。 首先利用固定床反应器研究温度、浓度、煤种、原煤粒径等对水煤浆中CmHn、CO、H_2等还原性物质释放的影响,并通过试验结果发现温度的提高和浓度的降低,可以增加挥发份释放量、煤浆焦比表面积和改进焦的微孔结构。认为水煤浆挥发份中CH_i、H_2、CO等还原性物质的增加和焦反应比表面积的改善可能是水煤浆再燃能力提高的主要原因。 为了解水煤浆作为再燃燃料时,在再燃区和燃烬区内NOx生成的特性,应用固定床反应器研究了温度、过量空气系数、浓度、粒径、煤种等对水煤浆和挥发份燃料型NOx生成的影响,以及水煤浆燃料型NOx生成中,挥发份NOx和焦碳NOx的相对贡献。 为了解挥发份的均相还原反应在水煤浆再燃中具有的作用,应用固定床反应器模拟再燃区氛围,研究了再燃区温度、水煤浆浓度、粒径、氧浓度、煤种等对水煤浆挥发份和水煤浆再燃效果的影响,分析了水煤浆再燃反应中均相反应和异相反应的相对贡献。 对具有再燃燃烧器设计的世界上首台670t/h水煤浆电站锅炉,成功地进行了冷态和热态调试试验。调试结果表明,全烧油或全烧水煤浆均达到了设计技术指标,为水煤浆锅炉的大型化设计和运行提供了指导依据。为了研究水煤浆再燃技术在大型电站锅炉上的脱硝效果和影响因素,也进行了再燃调整试验,试验研究了再燃燃料百分比、再燃区过量空气系数、主燃区过量空气系数、再燃区温度、烟气在再燃区停留时间和混合状况对脱硝率的影响,并就水煤浆再燃对炉内燃烧状况的影响进行了试验和分析。试验结果表明,相对于均等配风工况时的NOx排放788mg/Nm~3,通过优化调整,在所研究的试验工况中,当选用再燃燃料比为16%,主燃区α_1=1.13,再燃区α_2=0.95,燃烬区α_3=1.2时,水煤浆的脱硝效率达到了42.5%,NOx的排放量降低至454mg/Nm~3(6%O_2),达到了国家排放标准。同时试验结果表明采用水煤浆再燃技术时对炉内结渣状况和飞灰含碳量的影响很小,说明大型电站锅炉上采用水煤浆再燃是一种有前景的脱硝方法,这对水煤浆再燃技术的推广应用具有重要意义。 最后,本文对一台670t/h水煤浆电站锅炉进行了基础工况和再燃工况的数值模拟,研究了大型电站水煤浆锅炉内NOx的生成规律和再燃技术对NOx的还原效果,对比了再燃技术应用前后炉内的流场、温度场和烟气组分场的变化,并将模拟结果和试验结果进行了对比,为水煤浆再燃技术的应用提供了指导作用。


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