【摘要】：燃煤造成的污染是目前全球污染的關(guān)鍵問題之一,對生態(tài)環(huán)境的影響越來越嚴重。氮氧化物(NOx)是燃煤污染的主要污染物之一(大氣中67%的NOx由煤燃燒所產(chǎn)生),而中國燃煤電站鍋爐機組型式多樣,煤種來源也多樣化,實際運行過程中運行參數(shù)的變化將極大地影響著NOx的排放,同時中國低階煤儲量豐富,大量的低階煤被用于燃煤發(fā)電。因此,有效的降低電站鍋爐尤其是燃用低階煤電站鍋爐的NOx排放量對降低中國燃煤電站NOx排放意義重大。論文作者設(shè)計并搭建了能夠模擬實際爐膛煤粉燃燒環(huán)境的多反應(yīng)控制段攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)(EFR-MRS),并針對中國典型的低階煤分級燃燒NOx減排問題作了詳細的研究。此外,論文作者還在該實驗系統(tǒng)上進行了高燃料N煙煤空氣分級NOx減排影響的實驗研究。最后,在一臺燃用高揮發(fā)分褐煤的600MW鍋爐上進行分級燃燒NOx減排的工業(yè)應(yīng)用研究,證明了本文研究成果的應(yīng)用價值。針對EFR-MRS系統(tǒng)煤粉燃燒過程構(gòu)建了包括煤的熱解、揮發(fā)分燃燒、焦炭的燃燒、燃料氮的轉(zhuǎn)化等過程的數(shù)學(xué)物理模型,對煤粉燃燒過程和燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進行了數(shù)值模擬,并進行了誤差分析。采用該系統(tǒng)能夠有效的模擬鍋爐的實際燃燒過程,可以很好的描述分級燃燒過程中燃燒參數(shù)的變化對氮氧化物等污染物排放的影響。誤差分析表明,整個實驗系統(tǒng)的誤差可以控制在±4.5%以內(nèi)。針對中國低階煤(四種褐煤、一種次煙煤)及兩種高揮發(fā)分煙煤,采用EFR-MRS系統(tǒng),研究了空氣分級燃燒條件下,還原區(qū)化學(xué)當(dāng)量比(λ1)、停留時間(τ1)及煤質(zhì)等因素對NOx排放的影響,并提出了表征NOx排放與煤質(zhì)特征的綜合折算指數(shù)(Sz)。研究表明,隨著λ1的降低或τ1的延長,NOx排放濃度降低,還原率升高。針對低階煤,當(dāng)τ1在1.0s~1.5s范圍時,減排效果最好;對于高揮發(fā)分煙煤,τ1大于1s之后,繼續(xù)延長停留時間已經(jīng)對NOx的減排效果不太明顯了。此外,揮發(fā)分含量越高的煤種采用空氣分級燃燒技術(shù),燃料N轉(zhuǎn)化為NOx的轉(zhuǎn)化率越低,越利于NOx的減排。對于本章所研究的七種高揮發(fā)分煤,Sz越大,NOx還原率越高。同時,采用空氣分級燃燒技術(shù)不會明顯的降低煤粉的燃盡效果。針對兩種燃料氮含量較高的煙煤采用空氣分級燃燒技術(shù)情況下,NOx的排放及燃盡情況進行了實驗研究。研究表明,不分級燃燒情況下燃料氮含量越高的煤,NOx排放越高;空氣分級燃燒情況下燃料氮含量越高的煤,燃料氮向燃料型NOx的轉(zhuǎn)化率越低�？諝夥旨壡闆r下,還原區(qū)停留時間為0.8~1.0s及化學(xué)當(dāng)量比為0.75的時候,大同及俄羅斯煤均能獲得較低的NOx排放。采用空氣分級燃燒技術(shù)情況下,俄羅斯煙煤的燃盡效果與大同煙煤類似,燃盡情況較好。針對中國低階煤(四種褐煤、一種次煙煤)及一種高揮發(fā)分煙煤,采用EFR-MRS實驗系統(tǒng)研究了燃料分級條件下,再燃燃料比(Rff)、主燃區(qū)化學(xué)當(dāng)量比(λ1)、再燃區(qū)停留時間(τ2)、再燃區(qū)化學(xué)當(dāng)量比(λ2)及煤質(zhì)等因素對NOx排放的影響,研究結(jié)果進一步的豐富了煤粉的再燃數(shù)據(jù)庫。結(jié)果表明,在本文空氣分級技術(shù)研究中提出的綜合折算指數(shù)(Sz)仍然適用于表征燃料分級情況下NOx排放與煤質(zhì)特征的關(guān)系。研究還表明,Rff越大或τ2越長,NOx還原率則越高;同時λ2越低,NOx還原率越高。燃料分級燃燒技術(shù)最佳參數(shù)范圍分別為:Rff≈15%~20%,τ2≈0.8s,λ2≈0.8。本文將λ1拓展至0.8,獲得了更低的NOx排放,結(jié)果表明隨著λ1的降低,NOx排放量繼續(xù)減少。采用高揮發(fā)分煤再燃,再燃燃料的揮發(fā)分含量越高,或燃料N含量越高,再燃時對NOx的減排效果則越明顯。NOx還原率隨著Sz的增加而增加。再燃實驗研究還表明,通過再燃在有效降低NOx排放的情況下,對煤粉的燃盡特性影響不大。針對某燃用高揮發(fā)分褐煤的600MW鍋爐,在主燃區(qū)采用水平濃淡燃燒器以及采用不同磨煤機停運方式和分離式燃盡風(fēng)(SOFA)的合理組合,采取燃料水平分級與空氣垂直分級相結(jié)合的方式進行了技術(shù)改造,重點研究了如何降低NOx排放的問題及對爐膛結(jié)渣問題的優(yōu)化。結(jié)果表明,提高燃盡風(fēng)率和降低出口氧量的措施有利于NOx排放,磨煤機的停運方式也影響著NOx的排放,同時適當(dāng)?shù)恼{(diào)整二次風(fēng)噴入方式和三層燃盡風(fēng)的噴入方式都會對NOx的排放有積極的效果,機組NOx的排放量甚至能降至209mg/m3左右。通過這些措施,該機組的結(jié)渣問題也得到了有效的緩解。
【圖文】：

度是主要因素，熱力型 NOx的生成速率與的升高而迅速增加，在溫度低于 1 500℃的成，但是當(dāng)溫度高于 1 500℃的時候，每增加 6~7 倍[17]，如圖 1-1 所示。在高于 1 NOx生成量的 25%左右，，根據(jù)燃燒溫度

圖 1-9 空氣分級在四角切圓鍋爐中的應(yīng)用Fig. 1-9 air-staged combustion in the tangentially firing f膛布風(fēng)的方式又主要分為以下兩種技術(shù)：CCOFA緊密耦合燃盡風(fēng)）和 SOFA（Separated over-fire aOFA 和 SOFA 技術(shù)之間的主要區(qū)別如下：1）CC燒系統(tǒng)端部風(fēng)出口相毗鄰的位置，而 SOFA 的燃
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X773


本文編號：2544827