氣體燃料再燃降低氮氧化物排放的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、氮氧化物(Nox)是酸雨形成的重要前驅(qū)物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。煤燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的Nox是氮氧化物形成的主要來(lái)源之一。隨著我國(guó)對(duì)Nox排放控制要求的提高，有效地控制燃煤過(guò)程中Nox排放已是一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。在眾多的Nox排放控制技術(shù)中，再燃(Reburning)被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)和最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。因此，針對(duì)再燃過(guò)程進(jìn)行深入研究具有重要的科學(xué)和實(shí)際意義。本文在系統(tǒng)總結(jié)和分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)再燃，尤其是氣體燃料再燃過(guò)程方面研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，

2、明確了影響氣體燃料再燃過(guò)程的各種關(guān)鍵因素，進(jìn)而確定了研究對(duì)象和思路。主要從以下幾個(gè)方面開展了研究：
　　 ⑴采用GRI-Mech3.0反應(yīng)機(jī)理對(duì)氣體燃料(CH4)再燃過(guò)程進(jìn)行了化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算和分析，得出了再燃反應(yīng)機(jī)理中對(duì)NO還原有重要作用的一些關(guān)鍵反應(yīng)，同時(shí)通過(guò)化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，研究了再燃區(qū)停留時(shí)間、再燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、再燃燃料量以及再燃燃料種類等因素對(duì)氣體燃料再燃脫硝過(guò)程的影響。
　　 ⑵在兩臺(tái)一維熱態(tài)煤粉爐

3、和一臺(tái)臥式單角爐實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了氣體燃料再燃的實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)爐膛內(nèi)溫度、O2濃度以及NO濃度分布等進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)研究了氣體燃料再燃過(guò)程中再燃區(qū)停留時(shí)間、再燃燃料比例、再燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、主燃料煤種性質(zhì)以及氣體再燃燃料種類等各種因素對(duì)氣體燃料再燃脫硝過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)最終確定了符合實(shí)際氣體燃料再燃過(guò)程的各種關(guān)鍵影響參數(shù)的最佳取值范圍，即當(dāng)再燃區(qū)停留時(shí)間為0.6s～0.9s，氣體再燃燃料比例達(dá)到10[％]～15[％]，再燃區(qū)平均

4、過(guò)量空氣系數(shù)為0.8～0.9，再燃區(qū)溫度水平在1500K左右時(shí)，氣體燃料再燃過(guò)程就可以獲得較理想的50[％]以上的再燃脫硝效率。
　　 ⑶在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，采用合理的NO反應(yīng)模型，結(jié)合煤粉燃燒過(guò)程三維數(shù)值模擬程序?qū)怏w燃料再燃過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過(guò)將實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，考察了NO反應(yīng)模型的合理性。模擬結(jié)果表明，目前的模型雖然在一定程度上對(duì)再燃過(guò)程中NO濃度值的預(yù)報(bào)偏低，但模型能夠比較準(zhǔn)確的反映氣體燃料再燃過(guò)程

5、中爐膛內(nèi)的燃燒狀況，同時(shí)也能夠?qū)怏w燃料再燃過(guò)程中NO濃度變化的總體趨勢(shì)和還原水平進(jìn)行比較準(zhǔn)確的模擬。模擬采用的基于“局部平衡假設(shè)”方法的NO再燃子模型，模型簡(jiǎn)潔、計(jì)算經(jīng)濟(jì)，在不需要求解大量守恒方程的前提下，能夠?qū)怏w燃料再燃降低Nox排放過(guò)程進(jìn)行合理模擬。模擬方法能夠?yàn)閷?shí)際工程應(yīng)用的氣體燃料再燃過(guò)程模擬、設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供一種有效手段，同時(shí)也能夠?yàn)榻窈筮M(jìn)一步的深入研究提供一定的基礎(chǔ)。
　　 ⑷在實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究基礎(chǔ)上，最后針對(duì)上

6、海寶鋼電廠350MW燃煤機(jī)組1號(hào)鍋爐進(jìn)行了氣體燃料再燃改造和應(yīng)用的工程示范。示范工程運(yùn)行結(jié)果表明，鍋爐采用氣體燃料再燃后滿負(fù)荷條件下Nox排放量達(dá)到196mg/Nm3(折算6[％]氧量)，達(dá)到了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。改造后的鍋爐燃燒狀況良好，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況正常，鍋爐燃燒效率和安全性能均未受到影響。整個(gè)示范工程設(shè)備投資小，改造成本和運(yùn)行費(fèi)用均很低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。示范工程首次在國(guó)內(nèi)300MW等級(jí)機(jī)組鍋爐上采用氣體再燃技術(shù)使N