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超细化煤粉再燃低NOx技术简介及初步研究方案哈尔滨工业大学能源科学与工程学院HarbinInstituteofTechnologySchoolofEnergyScienceandEngineering2002.4.20主要内容研究背景技术思想初步拟定的研究内容沉降炉试验方案设计前期工作遇到的问题一、研究背景煤粉燃烧产生的氮氧化物（NOX）是大气污染的主要污染源之一，随着环保要求的不断提高，电站锅炉必须采用低NOx排放技术。目前控制NOX排放的措施大致分为两类：烟气脱氮技术，脱除烟气中的NOX；低NOX燃烧技术（炉内脱氮技术），通过各种技术手段控制燃烧，来抑制或还原生成的NOX，降低NOX排放。烟气脱氮技术初投资巨大、运行费用高，相当一段时间内，我国控制火电机组的NOX排放只能以低NOX燃烧技术为主。目前国内低NOX燃烧技术主要是低过量空气系数、空气分级燃烧技术和浓淡燃烧技术，可使NOx排放减小10%-30%，燃用烟煤、褐煤时可以达到现行的国家排放标准，但是燃用低挥发分的无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远不能达标。这是因为：燃用低挥发分煤种时，考虑着火稳定及燃尽，组织燃烧时需要保证炉内的燃烧温度、在高温区提供足够的氧、增加煤粉在高温区的停留时间等措施强化燃烧，都将NOX生成量增加。从煤种本身特性看，煤粉挥发分低，着火初期氧富裕，易于NOX生成，同时低挥发分煤种燃烧过程中产生的HCN、CHi和NH3等基团量少，即使在还原气氛中分解NOX效果有限，低挥发分煤种煤焦的比表面积小，也不利于NOX还原。低NOX燃烧技术存在的问题ReburnZoneα1PrimarycombustionZoneα1ReburningFuelPrimarycoal+AirSecondaryairBurnoutairBurnoutZoneα1FluegasFigure1Schematicdiagramofreburning再燃低NOX燃烧技术又称为燃料分级或炉内还原（IFNR）技术，它是近二十年发展起来的一种很有前途的低NOX技术，其原理示意图见图１。再燃低NOX燃烧技术可以大幅度降低NOX排放，一般情况下可以使NOX排放浓度降低50%以上再燃技术可以保证燃料燃烧初期的良好燃烧条件，可以解决其他低NOX燃烧技术在燃用低挥发分煤种效果较差的问题。再燃低NOX燃烧技术再燃技术研究及应用现状国内外的研究者对天然气、煤粉、焦炉煤气、生物质燃料、水煤浆等不同燃料作为再燃燃料还原NOx机理和燃料特性、主燃区化学当量比、再燃区化学当量比、再燃燃料比例、再燃区温度和再燃区停留时间等因素对NOx再燃的影响及NOx再燃的数值模拟进行了研究。研究（尤其是NOx再燃的数值模拟）主要针对天然气再燃。早在1980年日本三菱公司就将再燃技术应用于实际锅炉，NOx排放减少50%以上，美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NOx排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。国外应用再燃技术大多以天然气为再燃燃料，天然气着火、燃尽特性好，同时本身含氮量低，燃烧后产生较多的CHi离子团，有利于再燃区NOx的还原。但我国的大多数电厂没有稳定的天然气资源，天然气再燃技术初始投资和运行成本较高，很难推广。采用煤粉作为再燃燃料将为再燃低NOx技术在我国的应用创造条件，但煤粉的反应性较差，再燃煤粉在炉膛的停留时间相对较短，再燃区较低的烟气温度和还原性气氛也不利于再燃燃料的着火和燃尽。作为再燃燃料的煤粉未完全燃烧损失较大。再燃区不易形成还原气氛，同时煤粉再燃生成的CHi、HCN、HN3等还原NOx的基团又较少，不利于NOx的还原。煤粉再燃技术遇到的问题二、技术思想超细化的概念粉体加工技术中一般指将物料粉碎到10微米以下为超细化。本课题指的超细化煤粉是相对于常规粒度煤粉而言，初步定为20微米以下。有关研究表明煤粉的粒度减小到一定程度其物理特性、燃烧特性、污染物排放特性将发生很大变化，在确定煤粉粒度时还要考虑煤粉制备设备的特性，因此煤粉超细化的界定有待进一步研究。超细化煤粉再燃低NOx技术思想及依据超细化煤粉再燃低NOx技术将再燃燃料的煤粉进行超细化处理，随着煤粉粒径减小，煤粉颗粒着火初期的升温速率增加，比表面积的大量增加，使颗粒燃烧特性及污染物排放特性有明显的改善，煤粉着火提前，也更易燃尽。超细化降低了再燃煤粉的不完全燃烧损失，同时超细化煤粉燃烧初期比常规粒度煤粉更易形成还原气氛，还原气氛下NOx还原反应加强，超细化后煤粉比表面积的增加也使焦炭还原NOx的异相反应加强。超细化煤粉着火的提前还增加了再燃煤粉在还原区的停留时间，这些因素都将提高煤粉再燃还原NOx的效率。三、初步拟定的研究内容超细化煤粉再燃技术是一种很有前途的低NOx技术，但是实现工程应用还有许多问题需要解决超细化煤粉还原气氛下燃烧特性及NOx再燃机理研究、NOx再燃影响因素研究超细化煤粉的制备超细化煤粉的颗粒特性超细化煤粉高浓度输送理论研究及输送系统设计超细化煤粉再燃燃烧器的设计煤粉再燃对常规系统安全影响及技术经济分析本课题的研究内容超细化煤粉热天平燃烧热解试验研究超细化煤粉不同燃烧热解时间下煤焦比表面积、孔容积、平均孔径变化规律研究超细化煤粉沉降炉快速热解动力学参数试验超细化煤粉沉降炉燃烧试验沉降炉模拟再燃区进行煤粉再燃试验研究煤粉再燃NOx的数值模拟四、沉降炉试验方案设计沉降炉试验包括超细化煤粉燃烧和再燃试验。沉降炉试验研究是本研究工作的重要内容，如果试验取得有益的结果，可以对其他方面内容进行深入研究，试验采用烟煤，如果效果较好，本研究可以扩展到贫煤、劣质烟煤等其他低挥发分煤种。试验装置系统图1.煤粉仓2.震动器3.微压计4.炉体保温5.刚玉管6.热电偶7.SiC加热管8.温控仪9.取样器10.调压器11.固体取样盒12.气体分析仪13.真空泵14.气体压缩机15.混合罐16.U型管17.给料立管煤粉燃烧试验（1）试验因素表试验因素实现方法试验水平个数煤、煤焦粉粒度制备不同粒度试样4煤粉浓度保证给料量一定调节一次风量4空气过量系数保持预定的给煤量一次风量，调节二次风量3燃烧区温度调整沉降炉加热温度2停留时间沿炉膛不同位置取样4测试项目表煤粉燃烧试验(2)测试项目取样方法分析手段或测试仪器沿炉膛温度分布沿炉膛气体成分分布通过水冷取样器抽取烟气分析仪沿炉膛固体颗粒含碳量分布气体取样系统加滤筒取得固体颗粒含碳量分析、挥发分分析煤粉再燃试验(1)用配气的方法（CO216.8%、O22%、NO1000ppm、N2配平）模拟主燃区出口气体，沉降炉模拟再燃区进行研究粒度、再燃区化学当量比、温度等因素对NOx再燃的影响。国内外也有一些研究者用这种方法研究再燃过程，不过都是分析不同煤种或煤焦和再燃区化学当量比对NOx再燃的影响，很少有对粒度的影响进行研究。研究者都使用了再燃区化学当量比的概念，再燃风量和再燃燃料完全燃烧所需空气的比值，影响NOx再燃的实质反应气氛，在再燃区入口气体成分一定时，同一种燃料的反应气氛对应再燃区化学当量比，对于不同燃料不是简单的对应关系，用相同的再燃区化学当量比分析煤种对NOx再燃的影响是不合适的，因此本实验测量其他烟气成分对固体颗粒进行取样分析．煤粉再燃试验(2)测试项目表试验因素实现方法试验水平个数煤、煤焦粉粒度制备不同粒度试样4化学当量比保证给料量、一次风量一定，调节二次风7燃烧区温度调整沉降炉加热温度2停留时间沿炉膛不同位置取样4沉降炉试烧试验考察试验装置能否保证运行参数满足试验要求。考察给煤系统能否保证超细化煤粉的给煤要求，固体及气体取样分析时间，系统的严密性、低氧气氛下能否形成还原区。试烧试验情况介绍五、前期工作遇到的问题试验煤粉的制备和粒度分析沉降炉温度场的标定工况安排NO气体的使用气体成分分析（SO2、HCN、NH３）谢谢各位老师、同学！600700800900100011001200130014001234564505005506006507007508008509009501000