燃煤鍋爐高效燃燒與低氮排放耦合技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著中國大氣污染問題日益嚴峻，燃煤污染物控制技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。低氮燃燒技術(shù)作為主要的NOx控制技術(shù)之一，能夠有效控制燃煤過程中NOx的生成。然而，低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用于各類鍋爐時，普遍存在NOx控制與燃燒效率之間相互制約的問題。因此，實現(xiàn)高效燃燒和低氮排放的耦合對低氮燃燒技術(shù)的進一步發(fā)展具有重要意義。基于解耦燃燒技術(shù)通過熱解與燃燒兩個階段，可以解除燃燒與低NOx之間矛盾的特點，本文研究了煤先熱解、再燃燒分段反應(yīng)特性，提出了適用于貧

2、煤煤粉鍋爐、工業(yè)層燃爐及小型民用爐的高效燃燒與低氮排放耦合技術(shù)，采用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對各爐型的燃燒特性和NOx生成特性進行了詳細的研究，并優(yōu)化了各鍋爐的結(jié)構(gòu)和運行工況。本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)對煤先熱解、再燃燒分段反應(yīng)特性進行了理論分析，針對三種典型低效率高污染爐型提出了高效燃燒與低氮排放耦合技術(shù)方案。采用綜合熱分析儀研究了長治貧煤先熱解、再燃燒分段反應(yīng)特性。結(jié)果表明，燃煤過程中采用先熱解再燃燒的方式會降

3、低半焦的燃燒反應(yīng)速率，而延長熱解時間對總體燃燒反應(yīng)速率的減緩程度小?；诖诵纬闪思夹g(shù)思路:采用先熱解、再燃燒分段反應(yīng)方式，盡量強化前段煤熱解程度，并在后期燃燒段提供有利燃盡條件保證燃盡。并據(jù)此提出了由解耦燃燒器和多角解耦燃燒爐膛組成的貧煤解耦燃燒系統(tǒng)、解耦再燃復合低氮燃燒鏈條爐以及解耦炊暖兩用爐的設(shè)計方案。
　　(2)應(yīng)用冷模中試實驗、冷態(tài)數(shù)值模擬及熱態(tài)數(shù)值模擬方法，從邊界條件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩方面對煤粉解耦燃燒器的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)燃、低氮原理

4、進行了細致的分析討論，并對燃燒器結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，該燃燒器具有合適的回流特性和阻力特性;煤粉粒徑較入射煤粉質(zhì)量流量對燃燒器分離特性的影響更大。該燃燒器產(chǎn)生的高效濃縮與低速回流區(qū)，使煤粉呈階梯狀逐級點火;階梯狀穩(wěn)焰器組織煤粉射流形成長而穩(wěn)定的煤粉束，形成自穩(wěn)燃燒狀態(tài);煤粉束提高了焦炭對NOx的還原能力，降低了NOx的生成。燃燒器噴口采用水平分離隔板時，可有效提高熱解程度，使燃燒器出口NOx濃度較初始設(shè)計降低59.36％。

5、對該結(jié)構(gòu)燃燒器的優(yōu)化計算表明，最佳運行工況下出口NOx濃度較設(shè)計工況降低61.88％。
　　(3)通過冷模中試實驗、冷態(tài)數(shù)值模擬，對四墻切圓/角式二次風爐膛(FWC)結(jié)構(gòu)和不同二級二次風不同位置、不同擺角兩個方面對空氣動力場的影響進行了探究;并用熱態(tài)數(shù)值模擬對FWC爐和四角切圓/墻式二次風(FCW)爐與傳統(tǒng)四角切圓和四墻切圓爐膛進行比較，從煤粉的著火、燃燒、NOx控制及爐膛水冷壁保護等方面分析了影響爐膛穩(wěn)燃和低氮性能的關(guān)鍵因素。結(jié)

6、果表明，多角切圓爐膛推遲了燃燒反應(yīng)，且在爐膛中心形成高溫、高煤粉濃度煤粉束，有利于解耦燃燒，F(xiàn)WC和FCW爐較四墻和四角切圓爐膛，出口NO濃度分別降低17％和36％;同時切圓內(nèi)的高湍流特性，延長了煤粉的停留時間，揮發(fā)分和CO隨爐膛高度的變化曲線顯示兩種解耦燃燒爐型更有利于可燃物的燃盡;兩種解耦爐膛內(nèi)的動力場，有效組織了氣流、顆粒及氣體組分分布，有明顯的水冷壁保護作用。綜上，可以分別采用FWC與FCW兩種新爐型進行改造，達到高效燃燒與低氮

7、排放耦合的目的。
　　(4)采用數(shù)值模擬對解耦再燃復合低氮燃燒鏈條爐內(nèi)空氣動力場、燃燒特性、NOx排放特性等進行了數(shù)值模擬研究，并對鍋爐結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化計算;另外，采用現(xiàn)場實驗的方法對炊暖兩用解耦爐的燃燒和污染物釋放特性進行了評價分析，對該爐型減排能力和對不同煤種的適用性進行了評估，并對過程中室內(nèi)污染物濃度進行了監(jiān)測。對新型鏈條爐的研究表明，熱解室與主燃燒室分隔、采用導氣管將熱解氣引向爐排，以及爐拱上下噴入煤礦乏風為再燃氣的設(shè)計，促

8、進了主燃燒區(qū)氣流與熱解氣流的混合，強化了熱解氣對主流煙氣中NOx的還原反應(yīng)，避免了熱解燃燒爐中熱解氣燃燒不完全的問題;解耦燃燒與氣體再燃的復合作用較熱解燃燒爐進一步提高了NOx還原率。爐膛出口熱解氣濃度和NO濃度較傳統(tǒng)鏈條爐分別降低了72％和89％。對炊暖兩用解耦爐的實驗研究表明，通過爐膛分區(qū)和不同區(qū)間的補風管，使燃燒效率較傳統(tǒng)爐提高36％，SO2、NOx和CO濃度分別控制在200mg/m3，100mg/m3和300mg/m3以下。