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煤粉的高温低氧空气燃烧和氮氧化物生成特性研究

朱建国  
【摘要】: 高温空气燃烧技术在气体燃料的应用上可节能30%-70%,氮氧化物排放可控制在40-70mg/m~3之间,已取得了良好的经济效益和环境效益。若高温空气燃烧技术能扩展到煤粉燃烧上,则对以煤为主要能源的国家来说将具有重要的意义。 本文采用循环流化床在高过剩空气系数下燃烧的工艺为煤粉燃烧提供温度在1073K以上、氧含量高于8%的高温低氧空气,从而避免了传统工艺中颗粒易堵塞蜂巢蓄热体式换热器的问题。 设计建造了煤粉高温低氧空气燃烧试验系统,其中,煤粉燃烧采用下行火焰的方式,煤粉燃烧室的直径为220mm、高度为3000mm。进行了系列的试验研究,并对煤粉高温低氧空气燃烧和氮氧化物排放特性进行了数值计算。 采用循环流化床在高过剩空气系数下燃烧的工艺,可以连续稳定地为煤粉燃烧室提供温度在1073K以上的高温低氧空气,煤粉在循环流化床提供的高温低氧空气下燃烧时,具有良好的燃烧稳定性和温度分布均匀性;煤粉在燃烧室内的停留时间不超过0.3s时,大同烟煤释放92.4%的挥发分,转化78.7%的固定碳;在高温低氧空气下,煤种和煤粉粒径的变化对煤粉的燃烧特性影响程度降低,实现了低挥发分的无烟煤的稳定着火与燃烧;在还原区系数为0.7和过剩空气系数为1.2时,龙口褐煤燃烧的氮氧化物排放值为440 mg/m~3,大同烟煤燃烧的氮氧化物排放值为390mg/m~3,安化无烟煤的氮氧化物排放值仅为332mg/m~3,均低于中国2003年颁布的火电厂氮氧化物排放上限值;增大煤粉在还原区的停留时间、降低高温低氧空气的氧含量、降低还原区系数、降低过剩空气系数、减小煤粉的平均粒径、降低煤粉燃烧室的最高温度,均可减少煤粉燃烧室氮氧化物的排放。 利用FLUENT软件,采用挥发分单步析出模型和固定碳等直径燃烧模型等对煤粉的高温低氧空气燃烧进行了数值计算,计算值与试验值基本吻合,表明所选用的模型适合煤粉高温低氧空气燃烧的数值模拟。计算表明,降低空气中的氧含量,煤粉燃烧室温度场分布均匀,最高温度值降低。


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