不同煤种燃烧过程中NOx形成规律的数值模拟与分析

燃煤过程对大气造成的污染正日益引起人们的关注,控制NOx的排放是煤燃烧利用研究中亟需解决的课题.采用数值模拟方法,研究不同煤种在不同燃烧温度下NOx的生成规律,并对燃烧过程中的NOx生成的影响因素及抑制方法进行分析和归纳.结果表明:中挥发分煤(mv)燃烧生成的NOx最多,低挥发分煤(lv)燃烧生成的NOx最少;热力型N...     

煤流化床加压富氧燃烧过程的动态特性

为全面深入地了解流化床加压富氧燃烧过程动态特性,建立了流化床加压富氧燃烧过程动态模型,充分考虑了燃烧气氛和燃烧压力改变对炉内燃烧以及烟气组成的影响.基于该模型分别研究了送风氧浓度、燃烧压力以及燃煤量改变时,炉内床温和烟气中各组分体积分数的动态响应,并对其在不同氧浓度和燃烧压力下的响应特性进行研究.研究结果表明,氧浓度、燃烧压力以及燃料量阶跃增加10%会引起炉内床温升高,其中密相区响应速度更快;同时,烟气中各组分体积分数在不同参数扰动下响应各异,主要受到此时炉内燃烧状况以及对应的风量、燃料量改变的影响.此外,床温和烟气中CO_2体积分数在压力以及氧浓度突然增加时的动态响应分别在高氧浓度、高燃烧压力下更明显,响应速度更快.整个变化过程中,烟气中CO_2体积分数为90%左右,烟气中O_2体积分数在8%以下.研究所得相关动态响应规律可对后续控制系统设计及优化提供参考与依据.     

多孔介质内预混合超绝热燃烧的排放特性

通过实验探讨了多孔介质内燃气和空气预混合超绝热燃烧降低NO、CO排放的机理.对多孔介质内预混合气体单向流动和往复流动两种情况下燃烧排放的NO、CO体积分数进行了测试,并系统地研究了预混合气体的当量比、流速、往复半周期对往复流动燃烧(RSCP)排放特性的影响.结果表明,相对于单向流动,往复流动有更好的燃烧排放效果.往复流动燃烧半周期内CO排放量体积分数明显受当量比、流速、往复半周期的影响;而平均NO排放体积分数可达很低水平,通常保持在10×10-6以下.     

半焦加压燃烧的污染物排放及灰渣特性

为研究煤加压分级转化中的半焦燃烧过程,建立了半焦加压燃烧机理实验研究系统.以陕西黑龙沟煤半焦为对象,研究了燃烧压力(0.1~0.5 MPa)、半焦种类(煤气和N2下热解所得)、半焦粒径(0~3和0~6 mm)对半焦燃烧污染物排放和灰渣矿物转化的影响.结果表明,随着燃烧压力的升高,碳氧化物排放量增多,NO和SO2减少,NO排放浓度随压力升高呈多峰分散分布,SO2排放滞后且峰值减小,半焦粒径越大,半焦燃烧产生的CO2和NO越多,CO和SO2越少,煤气气氛热解所得半焦在燃烧时释放出的4种污染物均略大于氮气气氛.同时,随着压力的升高或半焦粒径的减小,由于半焦燃烧过程由非均相燃烧向均相燃烧过渡,灰渣中高温矿物减少,低温矿物增多,不同气氛下制得的半焦燃烧灰渣特性差别很小.     

燃尽风对超超临界锅炉燃烧特性影响的数值模拟

对一台1000MW超超临界前后墙旋流对冲燃烧煤粉锅炉进行数值模拟,研究了燃尽风比例对燃烧、NOx排放及传热特性的影响.采用化学渗透脱挥发分模型替代经验方法,预测煤粉挥发分析出过程中氮的释放量以及挥发分氮转化为HCN与NH3的比例.模拟结果与试验测量值符合较好,随着燃尽风比例增加,飞灰含碳量增加,煤粉燃尽率降低,NOx排放量(浓度)下降;但下炉膛出口烟气温度增加,导致大屏过热器挂渣倾向增加,较优的燃尽风比例为25.7%.     

燃烧过程中脱挥发分引起煤颗粒破碎的研究

从理论上分析了燃烧过程中脱挥发分引起的煤颗粒破碎机理,并通过模型预测了脱挥发分过程中球型颗粒内部的压力和应力分布,研究了颗粒大小、温度等几个因素对脱挥发分引起的破碎的影响,研究表明,煤颗粒的挥发分含量越高、炉膛内的温度越高,颗粒越容易破碎;颗粒越小,发生破碎需要的时问越短,但是极小的颗粒可能不会发生脱挥发分破碎,这和颗粒内部的对流孔径有关;此外,挥发分含量极小的颗粒,可能不会发生脱挥发分破碎。     

煤种对NO_x生成影响的数值研究

燃煤过程产生的污染物对大气造成的影响越来越严重,控制NO_x排放是解决环境污染的重要研究方向。采用数值模拟方法,研究入口温度分别为1 526℃、1 626℃,不同煤种在炉膛内的燃烧过程,并对燃烧过程中生成的NO_x影响因素进行分析。结果表明:中挥发分煤(mv)燃烧生成的NO_x最多,低挥发分煤(lv)燃烧生成的NO_x最少;热力型NO_x的生成与温度有很直接的关系,其计算结果可为今后的工业性实验提供理论依据。     

利用污水污泥煅烧水泥对氮氧化物排放的影响

通过XPS、DSC-TG分析及NOx检测等方法,研究利用城市生活污水污泥煅烧水泥对NOx排放的影响.研究结果表明:挥发分含量及氮含量高于煤的污水污泥燃烧过程出现了两个明显的放热峰;相同氮含量的污水污泥与煤在900℃富氧条件下燃烧,前者产生的燃料型NOx的浓度低于后者;水泥生料会促进污水污泥和煤在900℃氧化气氛下燃烧生成燃料型NOx;煤掺入污水污泥后混烧,生成的燃料型NOx有所减少;掺入等量干基污泥煅烧水泥,含较高水分的污泥所生成的燃料型NOx较少;综合能耗等因素,煅烧污泥的含水率在10%左右为宜.     

高温水蒸气氛围中煤燃烧特性研究

针对煤燃烧过程中产生大量NO_x的问题,提出了在燃烧系统中加入高温水蒸气来实现低氮燃烧的方案,并对此进行了热力学计算和实验研究。根据标准摩尔反应吉布斯自由能变、标准摩尔反应焓和平衡常数,理论计算了加入高温水蒸气后煤的挥发分燃烧过程中各反应发生的可能性和限度。反应路径推测的结果表明:高温水蒸气氛围中,在煤燃烧的温度区间内可能进行N元素转化为N_2的反应。利用HSC Chemistry软件计算了过量空气系数不同时,在系统中加入不同含量的高温水蒸气后的平衡态组分。热力学计算结果表明:当过量空气系数在0.6～0.8、温度在700～800℃时,向燃烧体系中加入高温水蒸气可以抑制NO_x生成;高温水蒸气的含量增加时,NO_x减少率增加。利用煤粉固定床燃烧实验系统进行了在水蒸气和空气氛围中煤粉的燃烧特性实验。实验结果表明:加入高温水蒸气抑制了NO_x的生成,且优于计算结果;NO_x减少率与水蒸气体积分数呈现非线性关系。该研究可为煤的低氮燃烧提供经济高效的参考方案。     

流化床反应器内NO和N2O生成的影响因素分析

以流化床反应器为对象,通过数值模拟,研究过量空气系数、煤种及煤与生物质混烧对NO和N2O生成的影响。研究结果表明,流化床反应器燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和N2O,且NO和N2O随过量空气系数的增加而明显增加;NOx的生成量还和煤种有很大关系。煤的含氮量、煤中氧与氮的质量比和氢与氮的质量比都会直接影响NO和N2O的生成量。采用煤与生物质混烧的方法,羧基主要作用于中间产物HCN,从而减少NO和N2O的生成量。煤与生物质混烧可以降低燃烧过程中NO和N2O的排放。     

煤层燃过程中热解气燃烧氮氧化物排放实验

我国大气中的氮氧化物污染日益严重,燃煤是大气中氮氧化物的主要来源之一。为研究燃煤过程中氮氧化物的排放规律,设计了双层固定床反应器,对煤燃烧产生的热解气和焦炭的燃烧情况分别进行研究。利用实验研究分析煤燃烧时煤中氮元素的分配、热解气析出特性及热解气燃烧时的氮氧化物排放规律。结果表明:煤热解过程中进入热解气和留在焦炭内的N分别为38%和62%。实验结果为分析煤炭层燃过程中NOx排放规律奠定了基础。     

O2/CO2气氛下燃煤过程中NOx排放特性实验研究

利用沉降炉在O2/CO2和O2/N2气氛下对煤粉燃烧过程中NOx排放特性进行实验,研究了不同停留时间、燃料/氧化学当量比、温度等因素对燃煤过程中NOx的排放特性的影响,并对2种燃烧方式下NOx的排放特性进行对比.结果表明:在O2/CO2气氛下NOx的生成量远远低于空气气氛下NOx的生成量,其主要原因是在O2/CO2气氛中高CO2质量浓度导致气氛中生成较高含量的CO,从而在未燃烧碳表面发生NO/CO/Char的反应,促进了NO还原为N2;O2/CO2气氛中没有N2,避免了热力型NOx和快速型NOx的生成;约80%的再循环烟气致使NOx的停留时间大为增加,即延长了NOx的还原反应时间,从而降低了NOx的排放.     

流化床煤燃烧N_2O，SO_x及NO_x的消减

在一台循环流化床实验台上，研究了石灰石脱硫过程中Ｎ_２Ｏ／ＳＯ_ｘ／ＮＯ_ｘ浓度的变化，并在空床上进行了再燃烧法脱除Ｎ２Ｏ的实验，结果表明，石灰石脱硫会使ＮＯｘ少量增加，再燃烧法可以在不增加ＮＯｘ的同时使Ｎ_２Ｏ大大降低；再燃燃料的挥发分含量越高，Ｎ２Ｏ的消减率越高；气体停留时间越长，Ｎ２Ｏ的分解率越高；低氧量对再燃烧法消减Ｎ２Ｏ有利     

燃煤烟气中喷氨脱硝对氧化亚氮(N_2O)生成的影响

实验研究发现,喷氨脱硝过程中是否会产生大量的N_2O,在很大程度上取决于喷氨处的烟气的成分,氧化性气氛有利于N_2O的产生.对喷氨脱硝的均相化学反应过程进行的动力学模拟表明,在混合良好的还原性烟气中喷入氨气不会导致N_2O排放量大幅度增加,但如果喷入的氨气与烟气和空气混合不良,或者烟气中存在由NH_3转化的氰基成分,那么N_2O的排放量会有所增加.     

烟气再循环对蓄热式平焰燃气炉内燃烧特性的影响

平焰燃烧与蓄热式燃烧技术一起使用时火焰温度较高,热力型氮氧化物生成量较大。采用烟气再循环技术是降低蓄热式燃烧过程中热力型氮氧化物的生成量的有效途径之一。文中采用蓄热式平焰燃气试验炉、综合烟气分析仪、热电偶等设备,对比研究了采用烟气再循环和不采用烟气再循环2种工况下平展流火焰特性、炉顶温度分布和烟气中NO生成特性。结果表明:采用烟气再循环使平展流火焰面暗区变小,燃烧区域扩大,火焰面温度分布更加均匀,烟气中NO浓度明显降低,火焰面峰值温度降低9℃,谷值温度升高37℃,NO浓度最大降幅为20%。     

喷淋式助燃空气加湿型烟气冷凝余热回收系统实验研究

提高燃气锅炉烟气冷凝余热回收效率和降低烟气氮氧化物排放浓度研究工作具有重要的工程应用价值。提出了一种喷淋式助燃空气加湿型烟气冷凝余热回收方式。实验研究了助燃空气含湿量变化对燃气锅炉的烟气露点温度、系统热回收效率、氮氧化物排放浓度的影响规律。实验结果表明:当助燃空气的含湿量从3 g/kg增加到60 g/kg时,对应的烟气露点温度可提高8. 0℃;在维持喷淋水温度45℃、喷淋水质量流量0. 075 kg/s的工况下,烟气余热回收效率可达到8. 4%;排放烟气中的氮氧化物平均浓度可从101. 6 mg/m~3降低到53. 3 mg/m~3。当助燃空气含湿量处于40 g/kg时,燃气锅炉运行比较稳定,排放烟气中的氮氧化物平均浓度为70. 1 mg/m~3。     

准恒温燃烧及其对燃煤锅炉性能的影响

为进一步降低稳燃负荷，提出了基于可调卫燃带准恒温燃烧的新思想，并利用炉内换热的热力学模型论证了实现准恒温燃烧的可行性，详细分析了准恒温燃烧对烟温汽温特性、低负荷稳燃性能及燃烧效率的影响。结果表明：准恒温燃烧能大改善锅炉的整体性能。     

焦炭固定床燃烧氮氧化物排放实验研究

为降低锅炉NO的排放,研究焦炭在固定床中燃烧时的氮氧化物排放特性,分析焦炭数量对NO排放的影响。在其他条件不变的情况下,取焦炭质量分别为0．5、1．0和2．0g的煤样进行燃烧实验。结果表明：焦炭燃烧NOx排放与燃烧过程密切相关,在固定床中有还原层存在时,NO排放处于低水平稳定状态。随着焦炭还原层的消失,NO转化率迅速增加。在设计层燃燃烧锅炉时。加大燃煤炉中焦炭层的厚度．可以降低锅炉NO的排放．焦炭层厚度增加4倍．NOx排放降低73．86％．     

Estimate of arsenic emission amount from the coal power stations in china

Arsenicisoneofthemostpopularandharmele-mentsintheenvironment[13].ThearsenicpollutionintheatmosphereisveryheavyinFushun,Shenyang,Lanzhou,Guiyang,ChengduandChongqing,etc.IntheSouthwestChinathereare3000eventsofarsenictoxicosisbecauseofhigharseniccoalscombustionandabout10000peopleareeffected[4,5].Therefore,thesourcesofarsenicintheenvironmentanditstreatmentarepaidmoreattentionto.CoalisthebasicpowersourceinChinaandabout1000milliontonsperyearisconsumeddirectlyasfuel[6,7].Steamcoalburntinpowerstat…     

Fluorine emission from combustion of steam coal of North China Plate and Northwest China

To study the amount of fluorine emission from the combustion of the steam coal (mainly Permo-Carboniferous coal) from the North China Plate and Northwest China, the fluorine contents of the coal, the fly ash and the cinder in high-temperature power stations as well as mid-low temperature power stations have been analyzed. This note provides a rough estimate of the total annual amount of fluorine emission as well as emission ratio from steam coal combustion in China. Our results show that by combustion of 1 t of Permo-Carboniferous coal (containing roughly 100 g fluorine), high-temperature power stations emit roughly 90 g fluorine into the atmosphere. The fluorine emission ratio of coal combustion in high-temperature power stations is about 96% and that in mid-low temperature power stations is about 78%. A total of 800 million tons of coal is burnt in China every year, and the coal comes mainly from Permo-Carboniferous deposite in the North China Plate and Northwest China coal mines. Taking the average fluorine content of the coal used at a low value of 100 mg/kg, the total annual fluorine emission from steam coal combustion into the atmosphere is estimated to be 66398 t.