天然氣高級再燃降低NOx排放的實驗研究-王亞飛

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很少。天然氣高級再燃降低NOx排放目前，降低燃煤鍋爐產(chǎn)生的NOx的技術(shù)主要有低NOx燃燒器技術(shù)、空氣分的實驗研究級技術(shù)、燃料分級技術(shù)、SCR（選擇性王亞飛，羅永浩，陸方，胡礫元催化還原技術(shù)）和SNCR（選擇性非催（上海交通大學(xué)熱能工程研究所，上?；€原技術(shù)）。200240）1天然氣高級再燃原理本實驗所研究的是高級再燃降低摘要：論述了天然氣高級再燃降低NOx排NOx排放的技術(shù)，即在簡單氣體再燃的放的原理，在多功能低NOx燃燒實驗臺上驗證基礎(chǔ)上往再燃區(qū)噴N活化劑了天然氣高級再燃降低NOx排放的效果，并與（N-Promoter），使再燃區(qū)生成大量的簡單再燃進行比較，得到的減排效果明顯優(yōu)ＮＨ、ＮＨ２等還原性物質(zhì)，使NOx的減于簡單再燃，在最優(yōu)的工況下得到了86%的排達到更好的效果。這種技術(shù)減排NOx減排效率。對高級再燃低NOx燃燒過程進行了的原理如圖1所示，它將爐膛分為3數(shù)值模擬，計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。部分：主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。在本實驗中采用的主燃燃料是煤粉，再關(guān)鍵詞：鍋爐；天然氣高級再燃；NOx；還燃燃料是天然氣。80%～90%的主燃燃原料煤粉被噴入到過量空氣系數(shù)SR1＞1的主燃區(qū)內(nèi)完全燃燒，放出大量的熱，同時生成大量的NOx；其余10%～20%的0引言再燃燃料天然氣噴入到過量空氣系數(shù)在我國的能源構(gòu)成和消費中，煤炭SR2＜1的再燃區(qū)內(nèi)，同時噴入N活化劑，占有十分重要的地位，約占總量的70%在富燃料的還原性氣氛和N活化劑作左右。燃煤鍋爐運行中產(chǎn)生的氮氧化用的條件下，主燃區(qū)生成的部分NOx被物（NOx）給環(huán)境帶來了一系列嚴重的還原，再燃區(qū)尾部有部分未燃燒的燃污染問題：酸雨、光化學(xué)煙霧、破壞料隨煙氣進入燃盡區(qū)；往燃盡區(qū)內(nèi)通臭氧層并影響全球氣候等。但我國以過空氣，使燃盡區(qū)SR3＞1，再燃區(qū)內(nèi)未煤為主的能源結(jié)構(gòu)在相當長的一段時燃燼的燃料在燃盡區(qū)的富氧條件下完期內(nèi)難以改變，所以開發(fā)燃煤鍋爐NOx全燃燒。排放控制技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意再燃區(qū)內(nèi)，CH4會在富燃料的條件義。下生成CH、CH2、CH3、HCOO等含碳基團，煤燃燒過程生成的NOx主要是NO，這些基團會與NO反應(yīng)形成C-N鍵混合另外還有少量的NO2。根據(jù)NOx的生成原物，進而形成一些含氮組分，如N、NH、理及條件的不同，把它分為3個類型，NH2等，這些含氮組分可以與NOx反應(yīng)生即燃料型、熱力型和快速型。燃料型成N2。NOx主要是燃料中的N元素被氧化生成NH2+NO→N2+H2O（1）-的，一般來說，燃煤的含氮量越高，NH2+NO→NNH+OH（2）則燃料型NOx的生成量就越大。熱力型NH+NO→N2+OH（3）NOx主要是在高溫環(huán)境下（約1300℃以N+NO→N2+O（4）上）空氣中的N2被O2以及反應(yīng)生成的Ｏ另外，再燃區(qū)內(nèi)噴入的N-活化劑根、ＯＨ根所氧化而生成的?？焖傩蚇H3在富燃料條件下也能生成諸如NH2、NOx是由于在燃燒峰面上，空氣中的Ｎ２NH、NNH等還原性基團，-被ＣＨｉ粒子團氧化而生成的，一般在OH+NH3→NH2+H2O（5）煤的燃燒過程中，快速型NOx的生成量H+NH3→H2+NH2（6）

1NH2+O→OH+NH（7）NH+OH→H2O+N（8）NH3+O2→NH2+OH（9）生成的這些基團可以和再燃燃料形成的C-N鍵化合物反應(yīng)，生成N2，主燃區(qū)生成的NOx在這種還原性氣氛下被還原成N2。圖2實驗臺系統(tǒng)示意圖1-給煤機2-攜帶風(fēng)3-一次風(fēng)4-二次風(fēng)5-氨氣噴口6-燃燒器7隔熱層8-再燃燃料噴口9-煙氣分析儀采樣口10-燃盡風(fēng)噴口11-煙氣尾氣出口12-可控碳硅棒加熱管圖1高級再燃技術(shù)降低NOx排放示意圖本實驗臺主燃區(qū)采用的燃料為大2實驗裝置及方法同煤，其成分分析如表1所示，由螺本實驗采用的是多功能低NOx燃燒紋式供煤機供煤。再燃燃料使用的是實驗臺，它是參照德國斯圖加特大學(xué)陜甘寧天然氣，其成分百分比如表220KWBTS實驗臺改進設(shè)計的，主要有所示。實驗所采用的N活化劑為氨氣以下幾個部分組成：給粉系統(tǒng)、煤粉（NH3），用氮氣作為載氣，其中燃燒系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、煙NH3/N2=1：19。氣取樣分析系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。其表1大同煤成分分析結(jié)果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主體是工業(yè)分析（一根長%,ar）元素分析（%，ar）熱值2.5m、內(nèi)徑200mm的剛玉管，它固定在灰分揮發(fā)固定碳氫全氮氧(MJ/kg鋼套中，剛玉管與外面的鋼套之間填A(yù)分V碳FCCH硫SNOQgr.v充絕熱層。實驗臺采用一維爐的形式，模擬鍋爐實際燃燒沿垂直方向上的燃61.616.2824.9850.323.990.721.287.6424.93燒狀況。煤粉從頂部送入，爐膛內(nèi)采7用送、引風(fēng)系統(tǒng)，實驗過程中爐內(nèi)保持微正壓環(huán)境。尾部煙氣取樣和測量表2陜甘寧天然氣成分百分比采用英國制造的Kane-MayQUINTOX煙CH4C2H6C3H8其它氣分析儀。由于實驗臺的負荷較小，95.9494％0.9075％0.1367％3.0064％煤粉的發(fā)熱量不夠，不能保證煤粉的連續(xù)穩(wěn)定燃燒，所以采用了電加熱措實驗臺用風(fēng)是通過一個壓縮空氣施以模擬實際鍋爐爐膛中周圍的煙氣泵提供的，通過串聯(lián)的LZJ－10型玻璃火焰對所取燃燒工質(zhì)的加熱狀況,加轉(zhuǎn)子流量計和LRG－4－X型數(shù)字式氣熱溫度可以通過電加熱控制柜控制。體質(zhì)量流量計后降低到0.1MPa，再通過一、二次風(fēng)管以及燃盡風(fēng)管進入爐膛。實驗過程中主燃區(qū)進風(fēng)量（一次風(fēng)、二次風(fēng)）和給煤量都保持不變，

2維持主燃區(qū)過量空氣系數(shù)SR1=1.1，通際減排效率，可以明顯看出高級再燃過調(diào)整再燃燃料的通入量來調(diào)整再燃比簡單再燃有更高的脫氮效果。因為區(qū)過量空氣系數(shù)SR2達到設(shè)計值，最后再燃區(qū)噴入的NH3會通過式（5）和式（9）通過調(diào)整燃盡風(fēng)量來使燃盡區(qū)過量空生成NH2等還原性物質(zhì)，從而增強了降氣系數(shù)SR3=1.2。再燃燃料先從氣瓶經(jīng)低NOx排放的效果。這也是高級再燃的過減壓閥和LZJ－10型玻璃轉(zhuǎn)子流量脫氮效率之所以高于簡單再燃的重要計，然后從位于0.9m處的再燃燃料噴原因。實線表示數(shù)值模擬的計算結(jié)果，口進入爐膛燃燒。氨氣也是先從氣瓶可以明顯看出計算結(jié)果的趨勢與實際經(jīng)減壓閥和LZJ－10型玻璃轉(zhuǎn)子流量相吻合。計，然后從一根位于爐膛頂部伸入到4結(jié)論再燃區(qū)的剛玉管進入爐膛，氨氣在爐通過建立實驗裝置以及數(shù)值模擬膛內(nèi)的出口略低于再燃燃料噴口，比的分析方法對高級再燃的脫氮效果進再燃燃料延遲0.1s進入爐膛。行研究，得出了高級再燃能有效的控影響高級再燃脫氮效率的主要因制燃煤鍋爐的NOx排放量，在最好的條素有：主燃燃料類型、再燃區(qū)溫度及件下可降低約86%的NOx。通過比較驗過量空氣系數(shù)、再燃燃料的類型及停證了天然氣高級再燃的脫氮效果要高留時間、噴氨量、噴氨延遲時間等。于簡單再燃，是更為高效的降低燃煤本實驗主要考慮的因素為：再燃區(qū)溫鍋爐NOx排放的技術(shù)。度T2、過量空氣系數(shù)SR2及噴氨量。與目前比較流行的其它控制NOx排放手段相比較，高級再燃有以下特3實驗及數(shù)值計算結(jié)果點：結(jié)構(gòu)較SCR簡單，易于對現(xiàn)有的實驗結(jié)果表明，所考查的三個影燃煤鍋爐實施改造；減排效果明顯優(yōu)響因素對高級再燃降低NOx排放效果于空氣分級和低NOx燃燒器，這有利都有比較明顯的影響作用，通過優(yōu)化于燃煤鍋爐的氮氧化物排放達到更為組合這三個量可以得到很高的減排效嚴格的排放標準。率。一般來說，在通入適量氨氣的條件下，高級再燃的效果要優(yōu)于簡單再參考文獻：燃。當再燃區(qū)溫度為1200℃、過量空[1]羅永浩，徐華東，陸方.燃煤電站先氣系數(shù)為0.9、NH3/NOx=1時，高級再進的低NOx燃燒技術(shù)[J].鍋爐技術(shù).2001燃的減排效率最高，可達到86%,如圖（3）.3所示。[2]蘇勝，向軍，胡松，孫學(xué)信，張忠孝，朱基木，氣體再燃降低NOx排放的實驗研究[J].動力工程，2004（12）.[3]張怡.天然氣高級再燃還原NO化學(xué)動力學(xué)模擬的研究[D].上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.[4]DongleeHAN,M.G.Mungal.PredictionofNOxControlbyBasicandAdvancedGasReburningUsingtheTwo-StageLagrangianModel[J],Combustionand圖3SR2=0.9、再燃區(qū)溫度1200℃時計算結(jié)Flame119:483-493(1999).果與實驗結(jié)果比較[5]E.Hampartsoumian,O.O.Folayan,圖3中虛線表示的是再燃區(qū)溫度W.Nimmo,B.M.Gibbs.OptimisationofNOx為1200℃、SR2=0.9時不同NSR值的實reductioninadvancedcoalreburning

3systemsandtheeffectofcoaltype[J],Fuel82:373-384(2003).[6]張強，李彥鵬，徐益謙.再燃燒還原NOx機理及其技術(shù)發(fā)展[J].工業(yè)鍋爐.2001（2）