超细煤粉再燃技术降低NOx排放试验

通过试验研究确定了超细煤粉再燃技术中影响NOx排放的主要因素，研究结果表明，对于不同煤种的主燃料，超细煤粉再燃均能起到显著降低NOx排放的作用，脱氮率在50％～70％之间；高挥发分的褐煤、烟煤是较好的再燃燃料；煤粉越细，对NOx的还原性越强，同常规粒度煤粉再燃相比，使用超细煤粉，NOx脱除率增加了10％以上；随着再燃燃料比例的增加，各工况均呈现NOx排放量降低、脱氮率增加的趋势。     

煤粉锅炉氮氧化物排放影响因素的数值模拟

针对1台35 t/h煤粉锅炉,应用数值模拟的方法,研究配风方式、煤粉粒径以及空气过量系数对NOx排放的影响。模拟结果表明:在计算的几种工况中,束腰型送风方式生成的NOx浓度最低,倒塔型的次之,而均匀型的最大;相比均匀型配风方式,束腰型配风方式的NOx排放浓度可降低15.6%;当三次风比例从20%增大到25%时,NOx排放浓度可降低20.5%;锅炉NOx排放随着煤粉粒径的减小而明显降低;与设计工况相比,当煤粉粒径由90μm降低至50μm时,NOx的排放浓度可降低14.3%;随着过量空气系数的减小,锅炉出口处的NOx浓度减小,合适的过量空气系数为1.1,此时NOx排放浓度可降低5.8%。     

再燃燃料对煤粉燃尽特性的影响

燃料分级燃烧低NOx技术采用超细煤粉作为再燃燃料,可解决由常规粒度煤粉作为再燃燃料而引起的未完全燃烧损失较大、NOx还原率低的问题.本文采用热天平和一维热态煤粉炉分别进行超细煤粉的燃烧特性机理和燃尽效果的热态模拟试验研究.试验研究表明,在确保再燃区停留时间和较高燃尽率的同时,对于停留时间为0.8 s左右的高挥发份的褐煤,30μm的粒径可实现较好的燃尽效果.采用低挥发份的煤种,需进一步减小粒度.     

二维轴对称煤粉气流火炬点火的研究

本文介绍了二维轴对称煤粉气流火炬点火的试验和理论研究结果。点火源为氧—乙炔火炬。试验煤种为劣质烟煤、贫煤和无烟煤。结果表明,在用火炬引燃煤粉气流时,存在一个对应于最低煤粉浓度的最佳点燃流速,其值随煤粉气流初始温度的升高而增加。文中提出了二维轴对称煤粉气流火炬点火的理论模型,用“直线法”作了数值计算。计算值与试验结果符合较好。利用该模型,还预测了点火源温度、煤粉粒径以及煤中挥发份含量对煤粉气流火炬点火的影响。     

EGR对GDI汽油机燃烧和排放的影响

为降低GDI发动机污染物排放,试验研究了中小负荷下废气再循环和过量空气系数对缸内直喷汽油机燃烧及排放的影响规律。研究表明：加入EGR能显著降低缸内峰值压力,且过量空气系数小于1时,废气对燃油的蒸发雾化起积极作用,使燃烧持续期增大,但燃烧放热率降低;EGR能显著降低直喷汽油机的NOx排放,但对CO排放的影响较弱;过量空气系数小于1时,EGR对HC排放的影响较明显,HC排放随EGR率增大而减小;随过量空气系数的增大,EGR对HC排放的影响逐渐降低。总体来看,当过量空气系数小于1时,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放影响较明显,废气的稀释和热容作用起重要作用;EGR的加入,降低了GDI汽油机核态颗粒物的排放,随EGR率增大,PM排放降低。当过量空气系数大于1后,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放的影响逐渐减弱。     

煤粉再燃低NO_x燃烧技术研究

采用恒温沉降炉研究了煤粉作为再燃燃料的NO还原特性,针对过量空气系数、再燃温度、停留时间及再燃比例四个因素的改变对脱硝率的影响进行了实验研究.研究表明:提高再然比例及减小过量空气系数,脱硝率有不同程度的提高;在一定的再燃停留时间内(650ms),延长停留时间,脱硝率增加.     

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。     

废气再循环对汽油缸内直喷汽油机燃烧和排放的影响

为降低汽油缸内直喷(GDI)发动机污染物排放,试验研究了中小负荷下废气再循环和过量空气系数对缸内直喷汽油机燃烧及排放的影响规律。研究表明:加入废气再循环(EGR)能显著降低缸内峰值压力;且过量空气系数小于1时,废气对燃油的蒸发雾化起积极作用,使燃烧持续期增大;但燃烧放热率降低。EGR能显著降低直喷汽油机的NOx排放,但对CO排放的影响较弱。过量空气系数小于1时,EGR对HC排放的影响较明显,HC排放随EGR率增大而减小。随过量空气系数的增大,EGR对HC排放的影响逐渐降低。总体来看,当过量空气系数小于1时,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放影响较明显,废气的稀释和热容作用起重要作用。EGR的加入,降低了GDI汽油机核态颗粒物的排放;随EGR率增大,PM排放降低。当过量空气系数大于1后,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放的影响逐渐减弱。     

点火时刻对怠速工况缸内直喷汽油机微粒排放特性的影响

为研究缸内直喷(GDI)汽油机典型工况、怠速工况时的微粒排放特性,在一台4G15缸内直喷汽油机上,通过控制冷却液温度为(80±1)℃、喷油时刻为上止点前310°、过量空气系数为1,研究了点火时刻对缸内直喷汽油机怠速工况微粒粒径分布特性的影响。结果表明:微粒数量浓度和表面积浓度随着点火时刻的提前而增加;微粒数量浓度随粒径分布呈单峰状态,核模态微粒数量浓度粒径分布峰值很小且不明显,积聚模态微粒数量浓度明显高于核模态微粒数量浓度;微粒的体积浓度随点火时刻的提前而增大,核模态微粒体积浓度占总体积浓度的比例随点火时刻的提前而减小。     

城市污泥与煤混烧过程中Nox和N2O的排放特性

在热输入为0.2 MW的循环流化床试验台上进行了城市污泥与煤的混烧试验,着重研究了污泥/煤掺混质量比、空气过剩系数、二次风率等因素对NOx及N2O排放的影响.研究表明,随着污泥掺烧比例的增大,流化床密相区和稀相区的温度明显下降,烟气中NO和NO2的质量浓度均呈下降趋势,而N2O的质量浓度则明显上升;随着空气过剩系数的增加,NOx和N2O的排放质量浓度均呈增加趋势;在空气过剩系数保持不变的条件下,随着二次风率的增加,密相区的还原性气氛增强,NOx和N2O的排放质量浓度呈下降趋势.     

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.     

温度对NOx生成影响的数值模拟

煤粉的高效、低污染燃烧一直都是国际社会共同关注的焦点问题。采用非预混燃烧模型,模拟煤粉在炉膛内燃烧过程氮氧化物（NOx）的生成,分析比较了燃烧温度对热力型NOx和燃料型NOx的生成速率、炉内的组分以及煤粉颗粒在炉膛中的停留时间等的影响,并对NOx控制技术研究进行了分析与归纳,并得出结论。随着燃烧温度增高,热力型NOx成指数关系增长,燃料型NOx的生成速率是降低的,还原速率是升高的。     

煤粉预热燃烧特性及动力学分析

实验利用热重天平,采用非等温燃烧方法研究了国内某炼铁厂高炉喷吹的典型煤粉预热后燃烧特性及反应动力学参数。考察了煤粉在423,473,523,573,623,673,723,773K温度等级下,煤粉试样的燃点、燃烧峰值温度、结束温度、综合燃烧特性指数(G)、燃烧峰值速率等动力学特征参数,计算了煤粉燃烧过程的活化能(E)和指前因子(A)。分析结果表明,北区煤粉在423~773K不同温度等级燃烧过程中,着火点温度最多下降了240K,失重峰温度最多提前了263K,最大燃烧速率最大幅度提升了1.29倍,燃烧特性指数最大为29.8倍;从动力学角度分析出两段热解活化能和指前因子之间均存在良好的线性拟合关系,煤粉燃烧为一级反应;煤粉有明显预热效果温度应不低于673K。     

浓淡煤粉燃烧器双通道速度差对NOx排放的影响

对350 MW电站四角切圆煤粉锅炉燃烧过程和煤粉燃烧器气固两相流的数值计算表明,常规浓淡煤粉燃烧器的双通道速度差为6～9 m·s-1,因此,提出了等速型浓淡煤粉燃烧器的概念.等速型浓淡煤粉燃烧器比常规直流煤粉燃烧器可减少21.8%的NOx排放,比常规浓淡煤粉燃烧器也可降低11.3%的NOx排放.     

放宽高炉喷吹煤粉粒度的工业实验

在安钢炼铁厂l#高炉喷吹瘦煤时进行了煤粉粒度放宽的工业试验。将小于74μm(—200目)的比例由70％放宽到30％后，磨煤能力提高了21％。采用粒度较粗的煤粉，风口前循环区变长，煤粉的置换比和喷煤比都有所提高，置换比和喷煤比提高的程度随富氧率升高而增加，使高炉生产效益有了一定的改进。     

攀钢高炉喷吹煤粉燃烧过程

通过两段卧式燃烧炉模拟攀钢高炉风口燃烧条件,进行了煤粉燃烧过程的研究,考察了煤粉的配比、富氧率、热风温、喷煤量以及煤的粒度等因素对煤粉燃烧过程的影响。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H2 O和CO2含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明：三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H2 O和CO2的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

煤粉壁摩擦特性的实验与模拟

为了研究仓壁材料性质、粒径对煤粉运动壁摩擦角的影响,用Jenike剪切测试仪,测试不同粒径煤试样在不锈钢板、碳钢板、环氧板3种常用仓壁材料上的运动壁摩擦力.结合Jenike松散物料流动理论,探讨了不同粒径煤试样运动壁摩擦系数的变化.结果表明:仓壁材料表面的粗糙度越大,煤粉的运动壁摩擦系数越大;材料刚度越大,煤粉的运动壁摩擦系数也越大;水分一定时,煤试样中小粒径煤粉含量越多,壁摩擦系数越大.同时,用离散单元法(DEM)对这一壁摩擦过程进行模拟研究.分析比较模拟结果和实验结果表明:数值模型能够有效模拟实验过程,仓壁材料粗糙度、刚度以及煤粉粒径对壁摩擦系数的影响规律与实验结果相同.     

煤粉压力燃烧特性及动力学分析

利用加压热重分析天平,采用非等温燃烧方法对国内某钢铁厂高炉典型喷吹煤粉的燃烧特性及反应动力学参数进行了实验研究。研究了在0.1,1.1,2.1,3.1,4.1 MPa压力等级下试样煤粉的着火温度、最大燃烧速率温度、燃尽温度、综合燃烧特性指数(S)、最大燃烧速率等燃烧特征参数,计算了煤粉燃烧过程的活化能(E)和指前因子(A)。结果表明,北区煤粉在压力等级由0.1 MPa升至4.1 MPa的燃烧过程中,着火点温度最多下降了85.7K,失重峰值温度最多提前了249.3K,燃尽温度最多下降了375K,最大燃烧速率最多提升了10倍,燃烧特性指数最大为常压下的33.6倍;两段热解活化能和指前因子的对数值之间存在动力学补偿效应;煤粉的反应控制条件及燃烧方式转变的临界压力为3.1MPa。