富氧燃燒過(guò)程中的NOx控制及其系統(tǒng)效率研究.pdf

1、我國(guó)的一次能源結(jié)構(gòu)以煤為主。煤及其它化石燃料燃燒利用過(guò)程中的CO2排放是造成全球溫室變暖的主要原因，燃燒過(guò)程釋放的NOx是目前我國(guó)環(huán)境污染的最重要的污染物之一。富氧燃燒作為最重要的二氧化碳捕獲技術(shù)之一，在NOx排放控制上具有很大潛力，研究化石燃料的富氧燃燒過(guò)程及其N(xiāo)Ox的排放過(guò)程具有重要意義。
　　本文按照富氧無(wú)窮分級(jí)均相反應(yīng)機(jī)理→煤粉在小型間歇式O2/CO2氣氛下釋放NOx的機(jī)理試驗(yàn)→小型連續(xù)式沉降爐富氧分級(jí)燃燒NOx控制機(jī)理試

2、驗(yàn)→中試型富氧分級(jí)燃燒熱態(tài)試驗(yàn)→富氧燃燒大型應(yīng)用數(shù)值仿真的研究路線(xiàn)對(duì)富氧燃燒過(guò)程中的NOx生成與控制進(jìn)行了研究，并探索了降低富氧燃燒過(guò)程及其他CCS系統(tǒng)的碳捕獲成本的方法。
　　建立了一維有限元模型研究無(wú)窮分級(jí)燃燒的NO控制以及富氧燃燒氣氛的影響。使無(wú)窮分級(jí)燃燒發(fā)揮最大的NOx控制作用有賴(lài)于合理的配風(fēng)參數(shù)和溫度、停留時(shí)間等環(huán)境參數(shù)的選擇。提出了富氧燃燒時(shí)依賴(lài)CO2的不分支鏈反應(yīng)機(jī)理，解釋了CO2在無(wú)窮分級(jí)時(shí)一次風(fēng)中氧氣相對(duì)不足時(shí)抑

3、制NOx生成、氧氣相對(duì)充分時(shí)促進(jìn)NOx生成的現(xiàn)象。富氧燃燒氣氛下由于沒(méi)有N2，在高溫時(shí)不生成熱力型NOx。
　　在水平管式爐研究煤粉富氧燃燒過(guò)程中的NOx釋放機(jī)理。氧氣濃度的提高造成了反應(yīng)時(shí)間的縮短和NO的濃度提高。NOx在氧氣濃度達(dá)到70％以上后趨于穩(wěn)定。O2/CO2混合物中氧氣比例的提高以及CO2濃度的下降使得溫度對(duì)NOx的影響被減弱。煤階越高的煤樣在O2/CO2氣氛中燃料N向NOx的轉(zhuǎn)化率可能更高。
　　在沉降爐上研究

4、煤粉富氧分級(jí)燃燒對(duì)NOx的控制，并建立了一維的兩相反應(yīng)模型進(jìn)行分析。在未分級(jí)條件下，由于氧氣濃度提高造成的停留時(shí)間變長(zhǎng)，煤粉在30％氧氣濃度的O2/CO2富氧燃燒氣氛下的NOx排放量是相同條件的空氣下燃燒時(shí)的77％-80％。分級(jí)富氧燃燒條件下，延長(zhǎng)一次風(fēng)在還原區(qū)的停留時(shí)間可使NOx降低25％～29％。富氧燃燒條件下的氣化反應(yīng)有助于NO在焦炭表面的還原，抑制焦炭NOx的生成，并且在還原性氣氛下更加顯著。
　　整體氧氣濃度為74％的高

5、濃度富氧燃燒中試試驗(yàn)中測(cè)得的NOx生成規(guī)律受分級(jí)配風(fēng)的影響趨勢(shì)與沉降爐試驗(yàn)和數(shù)值模型獲得的趨勢(shì)一致。在保證穩(wěn)定著火的前提下，減少一次氧量、提高三次氧量可降低高氧氣濃度富氧燃燒時(shí)的NOx排放。一次風(fēng)中采用空氣送粉的富氧燃燒可能在高溫條件下生成大量熱力型NOx。
　　通過(guò)熱力計(jì)算和三維CFD模型從熱力性能角度驗(yàn)證了大型鍋爐富氧燃燒改造的可行性。提出了絕熱火焰溫度與改造前一致的改造原則，作為富氧燃燒改造時(shí)氧氣濃度選擇的依據(jù)，可操作性強(qiáng)。

6、
　　利用三維CFD模型對(duì)富氧燃燒改造后NOx控制策略進(jìn)行了研究。富氧燃燒改造后，不考慮煙氣再循環(huán)的再燃作用時(shí)NOx生成量可降低至改造前的47.3％。OFA風(fēng)率從0提高到20％時(shí)，NOx的生成量降低了近1/3。提高OFA風(fēng)率會(huì)使主燃區(qū)的還原性氣氛加強(qiáng)，并減少主燃區(qū)煙氣量、延長(zhǎng)含N元素的物質(zhì)在還原區(qū)的停留時(shí)間，造成NOx生成量下降。富氧燃燒改造后，由大量煙氣再循環(huán)形成的NO再燃使富氧燃燒的NOx凈生成量降低72％。
　　單位發(fā)