为利用工业可燃废气降低锅炉NOx原始排放质量浓度,通过建立高温管式炉再燃实验台,研究了工业可燃废气再燃过程中主燃区过量空气系数(0.9,1.0,1.1,1.2,1.3)、主燃区停留时间(0.6 s,0.8 s,1.0 s,1.2 s,1.4 s)、再燃燃料热量比例(0％,5％,10％,15％,20％)、再燃区温度(1573 K,1623 K,1673 K,1723 K,1773 K)和再燃区停留时间(0.2 s,0.4 s,0.6 s,0.8 s,1.0 s)对NOx排放的影响.结果表明:优化主燃区过量空气系数、延长再燃区停留时间、增加再燃燃料热量比例及提高再燃区温度均可以有效增强再燃降低NOx排放的效果;在主燃区过量空气系数为1.0、再燃区停留时间为0.8 s、再燃燃料热量比例为15％及再燃区温度为1773 K条件下,最高脱氮率达到35％.通过对130 t/h锅炉进行改造,在工业可燃废气再燃的条件下,炉内NOx排放质量浓度比改造前降低了29.8％,取得了良好的运行效果.

烟气再循环引起燃烧温度、氧体积分数和停留时间的变化,从而影响燃烧过程NO的生成.本文使用全混流反应器模型结合化学反应动力学机理开展计算,研究烟气再循环对CH4燃烧过程NO生成的影响,着重分析烟气再循环引发的温度和氧体积分数降低以及停留时间变化3种机制对NO生成的影响规律.结果 表明:10％的烟气再循环率可降低40％-～60％的NO生成量,烟气再循环率大于30％时,烟气再循环率的提高对NO生成的抑制作用十分有限;不同过量空气系数条件下,NO生成的路径不同;烟气再循环引发的温度降低对NO的减排起到决定性作用,而其引发的氧体积分数降低对NO的减排起到次要作用;采用烟气再循环技术结合停留时间的合理控制,能够有效地抑制CH4燃烧过程NO的生成.

通过实验与数值模拟研究了轴向空气分级对甲烷燃烧过程NOx生成的影响,并在一台45 t/h燃气锅炉上进行了工程验证.结果表明,一次风过量空气系数0.8、还原区停留时间为1 s时,NOx排放浓度可降低30％.工业现场试验表明联合采用低氮燃烧器、空气分级和烟气再循环等技术后NOx减排达80％以上.

角管式天然气锅炉在氮氧化物控制方面具有一定的优势.本文采用”燃烧器+炉膛”整体协同设计方法,口设计开发了75t/h新型天然气角管式蒸汽锅炉.该锅炉具有启动平稳并且升负荷速度快的特点;结合外部烟气再循环,能够达到NOx＜30mg/m3的超低氮排放要求.

循环物料流率是循环流化床锅炉中重要的设计和运行参数,但其热态在线测量一直是难点.基于换热原理进一步改进和完善了在线测量循环流率的方法,通过热态试验研究了影响高温颗粒与管壁之间传热系数的因素,并且利用热态试验数据和Borodulya等提出的对流传热系数预测模型进行了关联式推导,从而将传热系数和颗粒流率相关联.结果 发现,传热系数的影响因素包括颗粒流率、颗粒温度、颗粒粒径等;热态试验测量得到的物料流率值与预设值的误差在±25％内;在实际流率工况下,该方法可以将物料流率和传热系数一一对应,在较宽的流率变化范围内都具有良好的预测能力.根据研究结果,测量中传热系数确定后,由计算模型可以获得物料流率,即实现高温物料流率的测量.换热法测量循环流率的原理简单,成本低廉,通过研究进一步提升了其实用性,在循环流化床锅炉的循环流率测量领域具有广阔的应用前景.

循环流化床炉内石灰石脱硫对NOx排放产生影响,包括对挥发分氮氧化的催化作用以及对CO-NO还原的催化作用.利用固定床反应器对不同条件下CaO颗粒表面NO+CO的催化反应特性进行了探究.实验表明,无氧条件下,CaO能够显著催化CO还原NO,NO转化率与反应温度和CO浓度正相关,与NO浓度负相关.基于Langmuir-Hinshelwood机理建立了CaO催化NO+CO反应动力学模型,模型考虑了颗粒内、外扩散的影响.该模型适用于氧气浓度很低、CO浓度较高条件下.而在有氧气氛中,该反应受到明显抑制,且O2浓度越高,抑制作用越明显;当CaO周围氧气浓度远大于CO时,可忽略CaO对NO的催化还原作用.

随着可再生能源发电比重的增加,火电机组在深度调峰中的重要性日益突出,大幅度变负荷已成为运行常态.为了研究循环流化床(CFB)机组的深度变负荷特性,本文以河坡电厂超临界350 MW机组CFB锅炉为研究对象,分析了CFB机组变负荷时的床温、蒸汽参数以及污染物排放的变化.结果 表明:床温与负荷成正相关,前后位置床温的差值相对较大,通过控制排渣量可显著调节床温;随着负荷变化,高温过热器出口蒸汽与高温再热嚣出口蒸汽的温度整体稳定,波动较小;60％～90％负荷升降负荷时,由于运行床温和二次风配比合理,NOx排放质量浓度的变化范围分别为30～70 mg/m3和20～50 mg/m3,且中低负荷区间变负荷时NOx的原始生成量显著大于中高负荷;在参与深度调峰时负荷响应速度较快,机组升负荷速率为6 MW/min (1.71％/min),降负荷速率为4 MW/min(1.14％/min).总体而言,超临界350 MW机组CFB锅炉变负荷范围广,低负荷稳定性强,NOx原始排放较低.

氢氧化铝焙烧炉常用SCR或SNCR技术降低NOx排放,但存在催化剂被污染以及氨逃逸等问题,亟待发展一条新的减排方案.烟气再循环和空气分级技术是降低氢氧化铝气态悬浮焙烧炉NOx排放的潜在手段,但烟气再循环和空气分级燃烧技术对气态悬浮焙烧炉运行参数的影响规律仍不明确.以3 000 t/d规模的氢氧化铝气态悬浮焙烧炉系统为研究对象,研究了烟气再循环和空气分级对氢氧化铝气态悬浮焙烧炉运行参数的影响规律.通过计算发现,当烟气再循环率为20％时,系统总过量空气系数降低至1.1左右,可维持较大的一次风量,保证悬浮焙烧状态的同时,使主焙烧炉(P04)下部达到欠氧还原性气氛,进而抑制NOx的生成.烟气再循环率在20％且空气分级的燃尽风率在25％以内时,GSC炉系统中各分离器效率变化可忽略.GSC炉系统增加烟气再循环和空气分级后,若不调整燃料分配,焙烧温度会降低,可能对氧化铝产品质量产生不利影响.通过优化GSC炉的燃料分配,可显著降低烟气再循环和空气分级对系统运行参数的影响程度.烟气再循环达20％且空气分级的燃尽风率在25％时,优化后的GSC炉系统仍可在保证氢氧化铝焙烧工艺温度和整体热效率的情况下,实现主焙烧炉膛下部的欠氧还原性燃烧气氛,为GSC焙烧炉的低氮燃烧设计提供了必要条件.

循环流化床锅炉常采用多个并联分离器来实现气固分离,然而运行中多存在气固两相流动分布不均的现象。以某300MW亚临界循环流化床锅炉的旋风分离器为研究对象,基于Chen-Shi压降关联式,研究并联双分离器中气体速度、入口颗粒浓度和分离器阻力特性曲线变化趋势对气固分布规律的影响。此外,通过改变结构参数探究其对气固分布的影响。研究发现,入口颗粒浓度和拐点浓度共同决定了气固分布的均匀性。减小芯筒直径和增大进口宽度,有利于增大双分离器内气固均匀分布的几率。

The main pollutants of natural gas-fired boilers are NO and NO2. The emission data of two natural gas-fired boilers were reported in the present paper and NO2 emission was found to be high. To understand the high NO2 emission in these natural gas-fired boilers, pilot-scale experiments were conducted and detailed chemical kinetic studies were carried out numerically using Chemkin-Pro software. The results showed that the NO2 emission would be high if the low NOx strategy"burner staged-combustion+flue gas recirculation"was applied and the mixing of the co-flow air with the staged fuel was delayed. In this situation, the amount of NO2 emission even exceeded 50% of the amount of the total NOx emission. When the air and fuel were well mixed, NO2 emission was suppressed. NO2 mainly formed near the contact surface of the hot burned product flow and cold air flow. A narrow temperature window, 800—900 K, was found for NO2 formation. The dominating pathway for NO2 formation was the reaction between NO and HO2. When NO2 decomposed, NO formed. Therefore, the formation of NO2 would not significantly affect the total NOx emission of the natural gas-fired boiler.

烟气再循环作为一种有效抑制NOx生成的技术,广泛应用于化工、制药和酿酒等行业的天然气低氮燃烧过程,其作用机理是学术界和工业界关注的热点.本文根据内/外烟气再循环的作用不同,设计了弱/强内烟气再循环两种扩散式燃烧器,结合外烟气再循环技术,在0.8MW中试实验台上研究了内/外烟气再循环对天然气燃烧过程NOx生成的影响规律,同时开展了Fluent数值模拟.结果表明:内烟气再循环能够有效抑制NOx的生成,同时保证燃烧稳定.相同工况下,带内烟气再循环燃烧器初始排放远低于传统低氮燃烧器.同时结合外烟气再循环技术,可使NOx排放量维持在30mg/m3以下.Fluent模拟结果显示了外烟气再循环能够显著地降低天然气燃烧火焰区的温度和O2浓度.其中温度的降低对于NOx生成的抑制起到了决定性的作用.当NOx降低到约30mg/m3时,快速型NOx对整体NOx生成的贡献超过热力型NOx,此情况下必须考虑对快速型NOx进行抑制.