高效空气分级燃烧控制燃煤NOX排放的技术理论研究

摘要

当前我国主要用燃烧技术控制氮氧化物的排放，有效的方法有炉内低NOX分级燃烧技术、低NOX燃烧器空气分级和燃料分级技术。国内对高效空气分级的燃烧特性及氮形为的研究较少，主要集中在氮氧化物的技术脱除上，且对于空气分级燃烧中微观的研究还处于开始阶段，因此深入研究煤的空气分级燃烧特性，探索高效的空气分级，比较不同煤种的分级特性，从微观层面解释分级燃烧的机理，有助于提高对高效空气分级的认识，对氮氧化物的减排具有重要的意义。本文以不同类型煤种来研究分级燃烧机理，探讨对不同煤种的高效分级燃烧方式。其中神华烟煤作为高挥发份的代表性试验煤种，临汾烟煤作为高灰分的代表性煤种，宝日希勒褐煤作为褐煤代表性煤种。本实验系统是多路进风沿程取样一维炉实验系统。通过沿程间断取样分析分级燃烧的过程变化，研究煤粉成分、颗粒粒径、过量空气系数、空气分级程度、分级空气喷入的位置等因素对NOX的释放规律的影响。沿程实验数据给实验分析和结果提供了数据支持，保证了分析的客观性，对空气分级燃烧系统理论有重要作用。本文的实验结果表明：煤的种类对分级燃烧影响很大，褐煤由于易着火、燃烧强等特性分级燃烧效果很明显，烟煤分级效果好于无烟煤；煤中的成分影响分级燃烧效果，临汾煤由于高灰分和着火时间长等特性，其分级效果不如神华煤；分级程度不同煤种影响不同，临汾煤浅度分级效果比不分级还高，多数煤种的氮氧化物排放随分级程度加大而降低，但其燃尽率降低很快；分级位置也对不同煤种的空气分级燃烧产生影响，分级位置对褐煤的燃烧影响较弱，对烟煤影响较强，加大分级位置能降低氮氧化物的排放；在空气分级燃烧已经形成的低氧还原区，加入少量还原风，有强化还原的作用，这对褐煤和高挥发份的烟煤很有效果，但如果不存在低氧还原区，加入还原风的意义不大。本文提出表观空气分级概念。表观空气分级程度是指总风量按主燃风和燃尽风的比例大小所确定的空气分级程度，主燃风比例越大，空气分级程度越大。其并没考虑分级燃烧时煤粉颗粒的实际分级燃烧效果，即使主燃区总氧量已经降低，但煤粉颗粒还是处在较强氧化气氛中，氮氧化物生成反应很强而颗粒表面的还原反应很弱，后期加入的燃尽风的作用意义也不大，这样最终污染物减排效果不明显甚至适得其反。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 氮氧化物的危害

1.1.2 NOX 生成机理及影响因素

1.1.3 空气分级控制燃烧技术

1.2 国内外相关研究

1.2.1 国内外实验室的研究进展

1.2.2 国内主要分级燃烧实验系统

1.3 本文研究的目的与内容

1.3.1 本文研究的目的

1.3.2 试验研究内容和方法

第二章 实验系统与煤粉

2.1 多路进风沿程取样实验系统

2.1.1 试验系统介绍

2.1.2 试验系统特性

2.1.3 试验系统的温度调试

2.2 试验参数

2.4 实验煤粉及成分

2.5 煤粉制备

第三章 烟煤燃烧NOX最终排放规律实验研究分析

3.1 不分级燃烧的比较

3.2 分级燃烧的比较

3.3 在主燃风量一定的情况下，增加燃尽风量的试验

3.4 本章小结

第四章 烟煤燃烧沿程NOx 排放规律试验研究分析

4.1 试验工况

4.2 神华煤沿程NOX 排放特性

4.2.1 同种粒径分布沿程排放特性

4.2.2 不同粒径同一工况沿程排放特性

4.2.3 尾部排放分析

4.3 临汾煤燃烧NOX 沿程排放特性的试验

4.3.1 同种粒径分布沿程排放特性

4.3.2 不同粒径同一工况沿程排放特性

4.3.3 尾部排放分析

4.4 本章小结

第五章 褐煤燃烧NOX排放规律试验研究分析

5.1 不分级燃烧的试验结果

5.2 分级燃烧的试验结果

5.3 本章小结

第六章 全文总结及未来工作展望

6.1 全文总结

6.2 需要进一步开展的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文