超細煤粉再燃和深度空氣分級技術的試驗研究與數值模擬.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格的排放標準，如何有效降低我國大批燃煤鍋爐的氮氧化物排放是當前能源環(huán)保領域關注的焦點之一。 超細煤粉再燃和空氣分級是兩種典型的爐內燃燒脫硝技術，具有脫硝率較高，經濟性較好的特點。其中超細煤粉再燃技術可以取得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時可以將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來展開。 本文結合國家863子課題“利用超細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行了超細煤粉再燃的工程示范。針對該機組采用中儲式制粉系統的特點，采用三次風中的超細煤粉來實施再燃，并引入再循環(huán)煙氣來降低三次風的含氧量。通過現場變工況調試試驗，研究了各種主要因素對NOx排放和鍋爐運行的影響，主要包括燃盡風風速、制粉系統投運方式、是否投用煙氣再循環(huán)、爐內整體氧

3、量、入爐煤粉整體細度和三次風帶粉量等?，F場的長期運行試驗結果表明，本文中的超細煤粉再燃系統在最佳運行條件下可以獲得約40％的穩(wěn)定脫硝效果，真正實現連續(xù)運行過程中的低NOx排放，同時保證鍋爐的安全經濟運行?，F場未能達到預期50％以上的脫硝率水平，主要是由于受現場實際條件的限制，三次風帶粉率偏低且再燃區(qū)的停留時間不足。 現場試驗獲得的數據十分有限，對爐內的燃燒和污染物生成情況缺乏全面的了解。本文借助數值模擬技術并結合現場試驗數據對三

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

5、6％的脫硝率。 采用LNCFS燃燒系統的百萬千瓦單爐膛雙切圓燃燒鍋爐是目前比較先進的一種鍋爐技術。該型鍋爐在爐內組織雙切圓燃燒方式，并通過緊湊燃盡風(CCOFA)和分離燃盡風(SOFA)以及偏置二次風(CFS)來實現爐內縱向和水平方向的深度空氣分級。本文通過冷態(tài)?；囼炑芯苛似鋬炔开毺氐目諝鈩恿鼋Y構。試驗過程中發(fā)現，在各角配風均勻的情況下，爐內形成了明顯的雙切圓流場，且左右側爐膛內的氣流切圓不會相互干擾，并各自體現出LNCFS

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

7、本文以采用低NOx同軸燃燒系統(LNCFS)的百萬千瓦單爐膛雙切圓燃燒鍋爐為研究對象，設計了幾種多級SOFA風方案，并通過數值模擬技術分析了其可行性。根據模擬結果得出，將SOFA風分成多級送入爐內可以避免SOFA風集中送入時焦炭氮的大量氧化，從而較為明顯的降低第一級SOFA風加入后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