超細(xì)煤粉再燃和深度空氣分級技術(shù)的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、氮氧化物(NOx)是電站燃煤鍋爐排放的主要污染物之一，為了滿足國家日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，如何有效降低我國大批燃煤鍋爐的氮氧化物排放是當(dāng)前能源環(huán)保領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一。 超細(xì)煤粉再燃和空氣分級是兩種典型的爐內(nèi)燃燒脫硝技術(shù)，具有脫硝率較高，經(jīng)濟(jì)性較好的特點(diǎn)。其中超細(xì)煤粉再燃技術(shù)可以取得50％以上的脫硝效率，而且可以避免飛灰含碳量的升高；而燃用煙煤的超臨界和超超臨界鍋爐在使用深度空氣分級技術(shù)時(shí)可以將NOx排放降低到350mg/Nm3以下。

2、本文的研究工作主要就是圍繞這兩種脫硝技術(shù)來展開。 本文結(jié)合國家863子課題“利用超細(xì)煤粉再燃降低煤粉爐NOx排放”，在一臺200MW四角切圓燃燒煤粉鍋爐上進(jìn)行了超細(xì)煤粉再燃的工程示范。針對該機(jī)組采用中儲式制粉系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用三次風(fēng)中的超細(xì)煤粉來實(shí)施再燃，并引入再循環(huán)煙氣來降低三次風(fēng)的含氧量。通過現(xiàn)場變工況調(diào)試試驗(yàn)，研究了各種主要因素對NOx排放和鍋爐運(yùn)行的影響，主要包括燃盡風(fēng)風(fēng)速、制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式、是否投用煙氣再循環(huán)、爐內(nèi)整體氧

3、量、入爐煤粉整體細(xì)度和三次風(fēng)帶粉量等?，F(xiàn)場的長期運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，本文中的超細(xì)煤粉再燃系統(tǒng)在最佳運(yùn)行條件下可以獲得約40％的穩(wěn)定脫硝效果，真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行過程中的低NOx排放，同時(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?，F(xiàn)場未能達(dá)到預(yù)期50％以上的脫硝率水平，主要是由于受現(xiàn)場實(shí)際條件的限制，三次風(fēng)帶粉率偏低且再燃區(qū)的停留時(shí)間不足。 現(xiàn)場試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)十分有限，對爐內(nèi)的燃燒和污染物生成情況缺乏全面的了解。本文借助數(shù)值模擬技術(shù)并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)對三

4、次風(fēng)再燃技術(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。通過對不同三次風(fēng)帶粉率工況下爐內(nèi)流動、燃燒和污染物生成過程的綜合數(shù)值模擬，分析了三次風(fēng)帶粉率對爐內(nèi)燃燒的影響，主要包括爐內(nèi)氣相溫度場和煤粉顆粒燃盡情況的變化，并預(yù)測了三次風(fēng)帶粉率增大后可以獲得的脫硝效果。此外還通過數(shù)值模擬預(yù)測了OFA噴口高度提高以后的脫硝率和爐內(nèi)燃燒狀況，數(shù)值模擬結(jié)果表明，通過提高OFA噴口高度將再燃區(qū)停留時(shí)間增加到0.5s以后，在20％的三次風(fēng)帶粉率下，本文的三次風(fēng)再燃系統(tǒng)可以達(dá)到5

5、6％的脫硝率。 采用LNCFS燃燒系統(tǒng)的百萬千瓦單爐膛雙切圓燃燒鍋爐是目前比較先進(jìn)的一種鍋爐技術(shù)。該型鍋爐在爐內(nèi)組織雙切圓燃燒方式，并通過緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)和分離燃盡風(fēng)(SOFA)以及偏置二次風(fēng)(CFS)來實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)縱向和水平方向的深度空氣分級。本文通過冷態(tài)?；囼?yàn)研究了其內(nèi)部獨(dú)特的空氣動力場結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在各角配風(fēng)均勻的情況下，爐內(nèi)形成了明顯的雙切圓流場，且左右側(cè)爐膛內(nèi)的氣流切圓不會相互干擾，并各自體現(xiàn)出LNCFS

6、燃燒系統(tǒng)的空氣動力場特點(diǎn)；而如果某一側(cè)爐膛的四角燃燒器出現(xiàn)配風(fēng)不均勻的現(xiàn)象，兩側(cè)的切圓都將發(fā)生偏移，這不僅不利于爐內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，還將影響到低NOx燃燒的效果；通過SOFA風(fēng)反切可以有效降低爐膛上部的扭轉(zhuǎn)殘余，但也容易引起爐內(nèi)氣流的反向旋轉(zhuǎn)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要選擇合理的反切層數(shù)和反切角度以獲得更合適的反向旋轉(zhuǎn)動量。 本文提出了將燃盡風(fēng)分級送入爐內(nèi)的設(shè)想，其目的就是避免大量空氣一次性進(jìn)入爐內(nèi)引起氧濃度過高，防止焦炭氮的集中氧化。

7、本文以采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)的百萬千瓦單爐膛雙切圓燃燒鍋爐為研究對象，設(shè)計(jì)了幾種多級SOFA風(fēng)方案，并通過數(shù)值模擬技術(shù)分析了其可行性。根據(jù)模擬結(jié)果得出，將SOFA風(fēng)分成多級送入爐內(nèi)可以避免SOFA風(fēng)集中送入時(shí)焦炭氮的大量氧化，從而較為明顯的降低第一級SOFA風(fēng)加入后NOx濃度的反彈幅度，而爐膛出口處最終的NOx濃度還決定于后續(xù)幾級燃盡風(fēng)加入后NOx濃度的上升情況；為了在爐膛出口獲得更低的NOx排放，要讓盡可能多的焦炭氮在