煤半焦富氧預熱燃燒特性及NO_x排放特性試驗研究

1、煤/半焦富氧預熱燃燒特性及NO_x排放特性試驗研究我國以煤炭為主的能源稟賦決定了煤炭的基礎能源地位。煤炭能源的主要利用方式是燃燒發(fā)電,其燃燒發(fā)電量在總發(fā)電量的占比超過65%。同時,通過燃燒發(fā)電方式實現(xiàn)煤炭熱解產生的半焦的高效利用,是低階煤梯級利用的關鍵環(huán)節(jié)。在燃燒過程中產生的氮氧化物（NOx）由于其化學性質不穩(wěn)定且化學反應過程復雜等因素,很難得到有效的控制。高濃度的NOx會引起一系列的大氣污染問題，包括光化學煙霧、酸雨和溫度效應等問題，同時也是霧霾的主要成分之一。并且NOx會引起人體肺部疾病，是一種十分有害的氣體。需要注意的是,在中國,70%的NOx*源于煤炭燃燒。因此,有效控制煤炭和半焦燃燒

2、過程中的NOx#放勢在必行。煤炭的富氧（O2/CO2）燃燒技術可以降低NOx的排放量，且易于分離回收煙氣中高濃度的二氧化碳（CO2）。本論文將在基于循環(huán)流化床預熱燃燒技術的研究基礎上,進一步研究煤/半焦富氧氣氛下的燃燒特性和NOx排放特性。并且利用該技術實現(xiàn)固體燃料的MILD（ModerateandIntenseLow-oxygenDilution）燃燒，為煤炭燃燒的超低NOx工程應用提供理論基礎。主要研究工作及結論如下:（1）空氣氣氛中煤/半焦均可實現(xiàn)穩(wěn)定的預熱燃燒過程。在預熱過程中,燃料碳部分轉化為可燃碳基氣體,部分與氧氣燃燒反應放熱維持循環(huán)流化床的溫度。高溫預熱煤氣成分主要包括N2、CO

3、2COH2和CH4在預熱過程中氮元素的釋放率超過50%,這表明預熱過程和燃燒過程的燃料氮遷移轉化路徑對于NOx排放都十分重要。循環(huán)流化床內的強還原性氣氛使得更少的燃料氮流入下行燃燒室內，有助于實現(xiàn)低的NOx排放。并且可以通過改變二次風噴口結構和將燃盡風配風位置遠離噴口的方式來繼續(xù)降低NOx煙煤和半焦的NO>#放可低至151mg/m3(6%O抑140mg/m3(6%O加時保持高的燃燒效率(高于96%(2)富氧空氣(O2/N2)氣氛中氧氣濃度對于煤/半焦預熱特性的影響規(guī)律表明,在保證各級配風氧氣體積流率不變的前提下,增加一次風的氧氣濃度,可以增加循環(huán)流化床的溫度和燃料顆粒的反應停留時間,最終

4、增強循環(huán)流化床內的還原性氣氛。同時,預熱過程中燃料氮被還原成氮氣的比例隨之增加。對比空氣燃燒工況,當循環(huán)流化床內的局部氧氣濃度升高時，NO排放量大幅度地降低。然而，隨著下行燃燒室內的氧氣濃度升高，NO排放量會升高。當同時增加循環(huán)流化床和下行燃燒室內的氧氣濃度時,NO的排放量仍然會低于空氣工況。燃料燃燒效率的變化趨勢與溫度的變化趨勢一致。當二次風氧氣比例增加和將燃盡風配風位置下移或由單層配風轉變?yōu)殡p層配風時，NO排放量下降。(3)富氧(O2/CO2)氣氛中基于循環(huán)流化床預熱技術采用中心位置的二次風噴口可以實現(xiàn)半焦和煙煤的MILD燃燒。這種氣固混合模式表明，固體燃料MILD燃燒的本質是顆粒燃燒反應

5、分散到反應器中的整個低氧空間，其中在O2/CO2H氛下更容易建立焦炭的MILD燃燒。在MILD燃燒工況下，焦炭燃燒無明顯的火焰鋒面，溫度分布均勻并可以保持高的燃燒效率，進而實現(xiàn)了煤/半焦的清潔和高效燃燒。半焦MILD燃燒時，與有焰燃燒相比，NO排放量可減少50%而煙煤富氧預熱燃燒時，預熱煤氣中較高濃度的CO,H2和CH4已經促使燃燒室燃燒器出口附近還原氣氛增強，此時建立MILD燃燒對增強還原氣氛的效果變弱。因此，煙煤MILD燃燒時NO#放量幾乎不變。在固體燃料MILD燃燒條件下,通過合理安排燃盡風位置可使還原區(qū)域擴大,可進一步減少N3F放。(4)氧氣分級配風方式對于煤/半焦預熱燃燒時N3F放的影響研究表明,隨著一次風氧氣濃度的增加,預熱溫度升高,燃料中各組分釋放率增加,其中氮元素的釋放率高于0.40(40%)。隨著一次風氧氣濃度的增加,燃料氮被還原成氮氣的比例增加,達到30.0%以上。COWH2濃度隨著一次風氧氣濃度的增加而增加，此變化有利于下行燃燒室燃料的穩(wěn)定燃燒。此外,增加一次風和二次風的氧氣濃度以及降低燃盡風的氧氣濃度都可以