氣體燃料再燃降低氮氧化物排放的實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、氮氧化物(Nox)是酸雨形成的重要前驅(qū)物，會對環(huán)境造成嚴重破壞。煤燃燒過程中產(chǎn)生的Nox是氮氧化物形成的主要來源之一。隨著我國對Nox排放控制要求的提高，有效地控制燃煤過程中Nox排放已是一項十分緊迫的任務(wù)。在眾多的Nox排放控制技術(shù)中，再燃(Reburning)被認為是最經(jīng)濟和最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。因此，針對再燃過程進行深入研究具有重要的科學(xué)和實際意義。本文在系統(tǒng)總結(jié)和分析國內(nèi)外有關(guān)再燃，尤其是氣體燃料再燃過程方面研究進展的基礎(chǔ)上，

2、明確了影響氣體燃料再燃過程的各種關(guān)鍵因素，進而確定了研究對象和思路。主要從以下幾個方面開展了研究：
　　 ⑴采用GRI-Mech3.0反應(yīng)機理對氣體燃料(CH4)再燃過程進行了化學(xué)動力學(xué)計算和分析，得出了再燃反應(yīng)機理中對NO還原有重要作用的一些關(guān)鍵反應(yīng)，同時通過化學(xué)動力學(xué)計算，研究了再燃區(qū)停留時間、再燃區(qū)過量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、再燃燃料量以及再燃燃料種類等因素對氣體燃料再燃脫硝過程的影響。
　　 ⑵在兩臺一維熱態(tài)煤粉爐

3、和一臺臥式單角爐實驗系統(tǒng)上進行了氣體燃料再燃的實驗研究，并對爐膛內(nèi)溫度、O2濃度以及NO濃度分布等進行了測量。實驗研究了氣體燃料再燃過程中再燃區(qū)停留時間、再燃燃料比例、再燃區(qū)過量空氣系數(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氣體燃料再燃脫硝過程的影響。實驗最終確定了符合實際氣體燃料再燃過程的各種關(guān)鍵影響參數(shù)的最佳取值范圍，即當(dāng)再燃區(qū)停留時間為0.6s～0.9s，氣體再燃燃料比例達到10[％]～15[％]，再燃區(qū)平均

4、過量空氣系數(shù)為0.8～0.9，再燃區(qū)溫度水平在1500K左右時，氣體燃料再燃過程就可以獲得較理想的50[％]以上的再燃脫硝效率。
　　 ⑶在實驗研究基礎(chǔ)上，采用合理的NO反應(yīng)模型，結(jié)合煤粉燃燒過程三維數(shù)值模擬程序?qū)怏w燃料再燃過程進行了數(shù)值模擬，并通過將實驗測量數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進行對比分析，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再燃過程中NO濃度值的預(yù)報偏低，但模型能夠比較準確的反映氣體燃料再燃過程

5、中爐膛內(nèi)的燃燒狀況，同時也能夠?qū)怏w燃料再燃過程中NO濃度變化的總體趨勢和還原水平進行比較準確的模擬。模擬采用的基于“局部平衡假設(shè)”方法的NO再燃子模型，模型簡潔、計算經(jīng)濟，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排放過程進行合理模擬。模擬方法能夠為實際工程應(yīng)用的氣體燃料再燃過程模擬、設(shè)計及優(yōu)化提供一種有效手段，同時也能夠為今后進一步的深入研究提供一定的基礎(chǔ)。
　　 ⑷在實驗和數(shù)值模擬研究基礎(chǔ)上，最后針對上

6、海寶鋼電廠350MW燃煤機組1號鍋爐進行了氣體燃料再燃改造和應(yīng)用的工程示范。示范工程運行結(jié)果表明，鍋爐采用氣體燃料再燃后滿負荷條件下Nox排放量達到196mg/Nm3(折算6[％]氧量)，達到了世界發(fā)達國家的排放標準。改造后的鍋爐燃燒狀況良好，設(shè)備運轉(zhuǎn)情況正常，鍋爐燃燒效率和安全性能均未受到影響。整個示范工程設(shè)備投資小，改造成本和運行費用均很低，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。示范工程首次在國內(nèi)300MW等級機組鍋爐上采用氣體再燃技術(shù)使N