循环流化床锅炉N2O生成与控制研究

摘要

氧化亚氮N2O是一种温室效应很强的气体，在循环流化床锅炉的烟气排放中大量存在。在对135MW循环流化床发电机组的N2O排放的测试中发现，锅炉排放N2O产生的温室效应当量最多可达CO2的16.2％。随着世界气候变化问题日益严峻，N2O的排放将可能成为循环流化床技术发展的限制因素。
　　 循环流化床中的温度、氧量、配风方式以及脱硫剂等因素都会对锅炉N2O的排放产生影响，其中N2O与温度的关系最为密切。但由于受到脱硫效率和NOx排放的限制，循环流化床中仅通过调整运行工况是无法解决N2O减排问题的。
　　 锅炉排放的N2O来源于燃料N，在燃烧过程中燃料N向N2O的转化以及N2O在炉内发生的分解非常复杂，涉及均相反应和非均相反应两种方式，均相反应和非均相反应又都分别存在N2O生成与分解的两种趋势。通过对单颗粒煤燃烧的试验研究，不仅得到了两种煤总体燃料N向N2O和NOx的转化率，还取得了燃料N中挥发分N和焦炭N二者分别向两种氮氧化物的转化率。
　　 循环流化床中的氮平衡与单颗粒煤燃烧时完全不同。循环流化床中燃料N向N2O的转化率是单颗粒煤在相同工况时的3-4倍，相反，NOx只有单颗粒煤转化率的1/4。这样的对比可以证明循环流化床中N2O的最主要来源是焦炭与NO的反应。
　　 试验发现，分级燃烧可以显著降低N2O，其设计关键在于燃尽风的位置。而再燃降低N2O的效果只有当旋风分离器的温度大于950℃后才能出现。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 循环流化床主要运行参数对N2O排放的影响

1.2.1 总论

1.2.2 床温

1.2.3 氧量

1.2.4 分级燃烧

1.2.5 脱硫剂及金属氧化物

1.2.6 颗粒粒径

1.2.7 煤种

1.2.8 小结

1.3 循环流化床N2O控制的主要方法

1.3.1 再燃

1.3.2 煤与生物质混烧

1.3.3 反向分级燃烧

1.4 论文研究内容

第2章 循环流化床N2O的生成与转化机理

2.1 煤中氮元素的存在及变迁

2.1.1 燃料氮随挥发分的析出

2.1.2 燃煤锅炉N2O的来源

2.2 燃煤锅炉中N2O的生成与转化机理

2.2.1 总论

2.2.2 N2O的均相生成

2.2.3 N2O的均相分解

2.2.4 N2O的非均相生成

2.2.5 N2O的非均相分解

2.2.6 焦炭参与的NO向N2O的转化

2.2.7 循环流化床中N2O和NOx的生成与衍变

2.3 本章小结

第3章 电站循环流化床锅炉N20排放的现场试验

3.1 引言

3.1 设备简介

3.2 现场试验工况及测试结果

3.3 结果分析

3.3.1 床温的影响

3.3.2 氧量的影响

3.3.3 二次风量的影响

3.3.4 不同煤种的对比

3.3.5 N2O温室效应当量

3.4 本章小结

第4章 单颗粒煤燃烧N2O生成机理的试验研究

4.1 试验系统

4.1.1 试验系统的设计理念

4.1.2 单颗粒燃烧试验系统的特点

4.1.3 反应器

4.1.4 配气系统

4.1.4 称重系统

4.1.5 烟气分析仪

4.2 试验煤种的特性

4.2.1 着火燃尽性能

4.2.2 活化能

4.2.3 煤样的视密度测量

4.2.4 煤颗粒样品的制备

4.3 试验结果

4.3.1 无烟煤和烟煤颗粒在770℃，7％氧量环境中的燃烧

4.3.2 颗粒燃烧的总体氮平衡

4.3.3 N2O与NOx生成过程的同步性

4.3.4 两个燃烧阶段的N2O、NOx产生过程

4.3.5 两个燃烧阶段的燃料N转化率

4.4 N2O的影响因素分析

4.4.1 温度对N2O生成的影响

4.4.2 氧量对N2O生成的影响

4.5 本章小结

第5章 循环流化床N2O的生成与控制研究

5.1 研究目的

5.2 模化计算

5.2.1 模化计算的原则

5.2.2 Glickman模化准则

5.2.3 模化结果

5.2.4 小结

5.3 试验设备和试验方法

5.3.1 炉膛本体的尺寸和结构

5.3.2 旋风分离器的设计

5.3.3 试验整体系统

5.4 温度和氧量对N2O、NOx的影响

5.4.1 温度的影响

5.4.3 氧量的影响

5.5 循环流化床中的氮平衡

5.5.1 计算方法

5.5.2 循环流化床氮平衡计算结果

5.5.3 循环流化床与单颗粒煤燃烧的氮转化对比

5.6 空气分级与N2O、NOx排放

5.6.1 循环流化床中的分级燃烧

5.6.2 不同配风方式的氮氧化物排放对比

5.6.3 反向分级配风的N20减排原理与效果

5.6.4 反向分级的燃尽风率优化

5.7 再燃温度

5.8 本章小结

第6章 全文总结

参考文献

致谢

个人简历及发表论文