富氧富水蒸气条件下燃烧高氮燃料的NOx排放特性

在富氧富水蒸气条件下，研究了富含氮的燃料白酒糟在流化床中燃烧时NO_x的排放特性。结果表明，在过量空气系数1.2条件下，水蒸气和O₂对NO_x的生成相互影响。当O₂浓度低于约35%时，向燃烧气中加入水蒸气能抑制NO_x生成，使烟气中NO_x的排放浓度和燃料N转化为NO_x的转化率降低；而当氧气浓度高于约35%时，加入水蒸气促进了NO_x生成，表明提高氧气浓度使得氧化作用起到主导地位。NO_x生成量随温度的升高先增加后减少，在较高氧气浓度下，NO_x生成量随温度升高而降低的转折点发生在较低的温度；燃烧气氛中添加水蒸气延迟了转折点的发生，使转折点发生在较高温度。     

天然气富氧燃烧特性分析

随着全球各个国家对能源需求的不断增长和对环境保护意识的逐渐增加,我国以煤炭为主要消耗能源的现状已不符合可持续发展的理念。现阶段我国正在对清洁能源天然气大力推行,使得天然气在我国能源消耗中占比越来越大。如何提高能源燃烧效率的同时使污染物的排放得到减少,已成为了目前全球各个国家迫切需要解决的问题之一。富氧燃烧一种是利用助燃气体以高于空气中的氧气浓度进行燃烧的技术。能降低燃料的燃点,加快火焰的燃烧速度,燃烧过程中烟气含量减少,传热能力增强,从而大幅度提高燃烧效率,节约能源。但是在富氧燃烧过程中,必定产生比空气燃烧高得多的高温。这些高温会使空气中以及燃料中的N_2反应生成污染物NO_x,如何减少NO_x的生成量,就是富氧燃烧目前需要解决的问题。在建立好燃烧器,并完成网格划分之后,进行了富氧燃烧的模拟分析,从而得到了天然气在不同条件下的燃烧特性。并且分别研究了当助燃气体氧气氮气比例不同以及氧气和二氧化碳配比不同的NO的生成量,从而得到富氧燃烧时,减少NO_x生成量的最佳燃烧条件。     

辊道窑烧成带富氧燃烧及火焰空间数值模拟

采用FLUENT软件对气烧明焰陶瓷辊道窑烧成带的火焰空间进行数值模拟研究,并对不同氧气浓度下以天然气和炉煤气为燃料时辊道窑烧成带的燃烧特性进行对比.数值模拟结果表明:当燃料种类和燃料量一定时,富氧燃烧可以提高燃烧的火焰温度,随氧气质量分数百分比增加,平均温度呈上升趋势,但35%时有所减少;随氧气质量分数百分比增加,以发生炉煤气为燃料时炉内CO浓度逐渐减少,而采用天然气时,CO浓度逐渐增加;相同气氛下,以天然气为燃料时炉内温度高于发生炉煤气,CO浓度较低.本文结果为辊道窑的富氧燃烧运行提供了有益的参考.     

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NOx排放特性研究

随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格,NOx控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NOx排放控制技术,富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业,然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NOx减排效果,笔者以神府烟煤作为燃料,利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况,采用热态试验方法,研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NOx排放特性,并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NOx排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比(以主燃区过量氧气系数表示)、二次风氧浓度等关键因素对NOx排放的影响。结果表明:富氧空气分级燃烧的NOx排放显著低于单级供风燃烧,同时也低于空气分级燃烧的NOx排放。主燃区温度为1 300~1 500℃时,富氧空气分级燃烧的NOx排放减少比例比分级配风燃烧提高了6~12个百分点;富氧空气分级燃烧条件下,随主燃区温度升高,煤粉燃烧更加充分,燃料中N元素分解成NHi、HCN等大量中间产物,使主燃区气氛的还原性增强,被还原的NOx比例增加。因此,NOx排放降低且NOx排放减少比例呈现上升趋势;富氧空气分级燃烧的二次风配比对NOx排放具有显著影响,随着主燃区过量氧气系数的升高,NOx排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比,使NOx排放浓度最低。主燃区温度为1 300℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.58;主燃区温度为1 500℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.55;在主燃区过量空气系数给定的条件下,提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间,并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境,促进煤粉充分燃烧,从而增强主燃区气氛的还原性,降低NOx的生成。因此,当二次风氧浓度为21%~31%时,NOx排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高,NOx排放的降低趋势逐渐放缓。     

流化床中燃烧高水高氮酒糟的NO排放特性

采用流化床反应器,研究富水蒸气条件下酒糟燃烧的NO排放特性。结果表明,增加过量空气系数和升高燃烧温度,NO排放浓度升高;对送入燃烧反应器的气体中添加水蒸气模拟高水分燃料燃烧有效地降低了酒糟燃烧的NO排放浓度及总排放量,且在适当条件下可减少NO排放约46%(质量)。酒糟灰分中的金属氧化物对NO的还原有催化作用,且随着温度的升高变强。在含H₂或CO的N₂气氛中,灰分对NO催化还原作用更明显。水蒸气本身对NO没有明显还原作用,说明水蒸气是通过与碳氢化合物反应生成还原性气体,如H₂和CO,从而在酒糟灰催化作用下强化NO的还原。     

燃气锅炉中NO2的生成规律研究

天然气燃烧过程主要污染物是NO和NO_2。针对部分燃气锅炉NO_2排放较高的情况,开展了中试实验和数值模拟,研究天然气燃烧过程NO_2生成规律。结果表明当锅炉采用"燃烧器分级燃烧+烟气再循环"的低氮燃烧策略时,如果燃烧器的伴流风与燃料的混合被推迟,则NO_2的生成量较大,最高超过总NO_x生成量的50%,空气和燃料充分混合的条件下NO_2生成量较少。NO_2在热燃烧产物与冷空气碰撞的交界面上大量生成,NO_2生成的温度窗口是800～900 K。NO_2主要通过NO与HO_2的反应生成,NO_2分解后又生成NO,NO_2的生成不会显著影响燃烧过程总NO_x的排放。     

贫煤直接混烧低氮稳燃研究

针对贫煤难稳燃,NO_x生成量大的突出问题,采用热重分析法结合卧式炉燃烧研究,通过Testo 350在线烟气分析仪考察了贫煤及其与生物质等直接混烧的燃烧特性和NO_x排放特性。结果表明:贫氧气氛下燃烧,氧浓度对焦炭氮的影响明显大于对挥发分氮的影响,氧浓度低于21%时,NO_x转化率由27.4%降低至15%左右;在1 100℃以下,温度升高促进燃料氮与挥发分同时释放,还原性气氛下含N中间体更容易向N_2转化,NO_x排放浓度及转化率降低。生物质可以促进燃烧,减少NO_x排放,但容易出现挥发分与焦炭分段燃烧现象,影响焦炭稳定燃烧。为此,以烟煤煤矸石为调节燃料,将贫煤、玉米芯、煤矸石三者混配,配比为80∶5∶15(质量比)时,着火温度较贫煤单独燃烧降低100℃左右,最大失重峰温由670℃降低至600℃;氮转化率由28.5%下降至16.7%。     

氧气加入方式对富氧燃烧特性影响规律的数值研究

以一种天然气冲天炉富氧燃烧器为研究对象,并建立了燃烧器燃烧的物理模型和数学模型。利用CFD软件Fluent分别模拟研究了在不同空气和燃料预热温度下两种氧气加入方式对富氧燃烧的火焰温度分布状况、NOx生成量等燃烧特性的影响规律,为以后该类型燃烧器的设计提供了理论依据。     

高含水菌渣流化床燃烧NO_x、SO_2排放特性

采用流化床反应器,研究了高含水抗生素菌渣直接燃烧的NO_x、SO_2排放特性。结果表明,增加过量空气系数,NO_x排放浓度升高,SO_2排放浓度降低;升高燃烧温度,NO_x及SO_2排放浓度均升高;随着燃料含水率的增加,NO_x及SO_2排放浓度均呈现先降低后升高的趋势。空气分级燃烧能有效降低NO_x排放,二次风率增加,NO_x排放浓度显著降低;当二次风率为3/7时,NO_x排放浓度较传统燃烧降低50%。添加CaCO_3进行炉内脱硫,实验结果显示:随钙硫摩尔比(Ca/S)增加,SO_2排放浓度下降,当Ca/S=3时,SO_2排放浓度降低到25 mg·m~(-3)以下,脱硫效率超过99%。     

富氧燃烧条件下锅炉燃料燃烧影响因素研究

以他人建立的富氧燃烧条件下锅炉燃料燃烧计算为框架,结合富氧锅炉热力系统的特点,运用Visual Basic 6.0开发了富氧燃烧条件下燃料燃烧计算软件,分析了锅炉操作参数中氧气浓度对锅炉效率、空气量、烟气量的影响;分析了富氧燃烧条件下排烟温度、过量氧气系数对锅炉热效率的影响。结果显示:理论空气量和理论干烟气量随着氧气浓度的增加而减少;锅炉热效率随着氧气浓度的增加和过量氧气系数的减小呈上升趋势,而且排烟温度越高,锅炉热效率上升越慢;低氧气浓度下,氧气浓度的变化对锅炉燃烧用空气量、烟气量、锅炉热效率、燃料消耗量的影响较为显著;高氧气浓度下,影响相对减弱。     

富氧燃烧颗粒物生成和灰沉积特性研究进展

近年来,世界经济不断发展,人口不断增加,能源消耗随之持续增加,其中化石能源的使用使得全球二氧化碳排放总量居高不下。为了缓解全球碳排放上升趋势,中国承诺在2030年二氧化碳排放达峰并在2050年实现净零排放。为了实现这一目标,需要发展化石能源的清洁高效利用,其中富氧燃烧技术是最有前景的燃煤电厂碳减排技术之一,系统综述了富氧燃烧中的颗粒物生成和灰沉积现象,介绍了氧气浓度、压力及燃料特性对颗粒物生成和灰沉积特性的影响机理。富氧燃烧中生成的颗粒物主要可分为亚微米和微米颗粒,其中亚微米颗粒主要由灰分经气化、冷凝和凝聚过程形成,微米颗粒则主要伴随焦炭破碎过程形成。氧气浓度升高导致火焰温度升高,一方面更多的灰分在高温下气化,促进了亚微米颗粒的生成,另一方面高温加剧了碱金属蒸气和硅铝酸盐粗颗粒的交互反应,导致亚微米颗粒中碱金属含量降低。而压力的上升可能会抑制亚微米颗粒的生成。但氧气浓度和压力对微米颗粒的产率和成分影响均不显著。积灰主要通过惯性碰撞、热泳力、冷凝和化学反应形成。富氧燃烧中氧气浓度上升会促进积灰的生成,一方面因为烟气温度升高,颗粒物黏度降低而在碰撞到壁面后更易黏结形成积灰;另一方面因为亚微米颗粒增多,更多细颗粒可以通过热泳力迁移到换热器表面形成积灰。虽然氧气浓度对外层积灰的成分没有明显影响,但紧贴壁面的内层积灰由于含有较多亚微米颗粒,其成分变化与亚微米颗粒趋势相似。压力升高时,积灰中的硫含量增高而氯含量降低,但对积灰生成速率的影响暂不明确。     

煤粉流态化预热气态组分CO/CO2生成转化特性研究

基于循环流化床预热的燃烧系统是一种新型的清洁燃烧技术,其流态化预热后煤气中CO/CO_2比值对后续燃烧和排放影响较大,研究正确反映CO/CO_2比值的焦炭燃烧模型有助于进一步了解该流态化预热过程。笔者基于燃料流态化预热转化过程,研究典型的预热空气富氧气氛(O_2/N2)、富氧气氛(O_2/CO_2)以及燃料种类变化对预热后气态组分中CO/CO_2生成转化特性的影响,分析现有焦炭燃烧模型与流态化预热过程的匹配程度。试验数据和模型预测对比分析表明,空气富氧气氛下,氧气浓度从21%增至28.2%的过程中,神木半焦流态化预热过程产生的预热气体中CO_2占比减少,CO占比增多,CO/CO_2比值从0.81增至1.45;神木烟煤在该气氛预热时,各参数与神木半焦呈现同样的变化趋势,且随氧气浓度从21.0%增至24.4%,CO/CO_2比值从0.51增至0.76。富氧气氛时神木半焦预热产生的CO与神木烟煤相比产量更高,CO/CO_2比值随氧气浓度增大而增大,但与空气富氧气氛下相比递增幅度较小。神木烟煤预热气体组分CO/CO_2的试验数据与Tognotti提出的焦炭燃烧模型预测值吻合度最高,富氧气氛下试验与预测结果误差在9%以内。     

新型双流化床炉内NO_x生成特性数值模拟

运用煤燃烧及NO_x生成的详细化学反应机理,通过搭建一维化学反应器网络(1D-CRN),对一个新型双流化床(DCFB)内燃料型N转化为NO_x的基元化学反应进行了敏感性分析并讨论了反应温度、过量空气系数以及一、二次风配比对燃料型NO_x生成的影响。研究发现,在相同条件下,循环流化床炉膛出口的NO_x排放值为224.48mg·m~(-3),而双流化床炉膛出口的NO_x排放值为97.29 mg·m~(-3),双流化床对于燃料型NO_x的减排幅度达到了56.66%。此外,促进NO_x生成的基元反应主要有R398(NH_2+O→HNO+H)、R1-N-1(N-Vol→NH_3+HCN)、R569(NCO+O_2NO+CO_2)、R17(H+O_2O+OH)等反应,而抑制NO_x生成的反应包括R411(NH_2+NON_2+H_2O)、R412(NH_2+NONNH+OH)、R570(NCO+NON_2O+CO)、R571(NCO+NON_2+CO_2)以及R5(Char+NO→Char+N_2+O_2)和R6(Soot+NO→n Soot+N_2+CO)等反应。这说明反应区域氧气浓度是影响NO_x生成的关键,低氧浓度可抑制燃料N向NO_x转化。另外,NO_x生成值随着反应温度的升高而降低,但随着过量空气系数和一次风所占比例的增大而增加。     

天然气富氧燃烧特性及污染物生成研究

面对CO_2减排的迫切需要和新能源収展受限的挑战,集于节能减排于一体的富氧燃烧技术应运而生。该前沿技术可通过对温室气体迚行系统控制,从而创造低碳环保及增产创收的双赢的局面。利用FLUENT软件对O_2/CO_2氛围下天然气富氧燃烧迚行数值模拟,在最优氧气浓度30%,助燃气体温度为300K的条件下,选取不同的O_2/CO_2配比,即设置CO_2的浓度分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%,对比分析这八组实验的燃烧温度分布特性、组分浓度分布特性、出口平均速度分布特性、污染物NOx的排放水平,从而确定不同的燃烧条件对燃烧特性的影响规律,找出最佳O_2/CO_2配比浓度范围,幵对结果迚行拟合总结分析,最终得到天然气最佳的燃烧条件,使天然气燃烧效率最高,达到减少污染物的排放、节约能源目的。     

四角切圆锅炉富氧燃烧对NO_x生成影响的数值模拟

采用RFG富氧燃烧方法在新疆某电厂350 MW机组锅炉上进行数值模拟,对燃烧时炉内温度场、CO与O2及NOx排放进行分析。结果表明:在21%、25%、29%富氧燃烧工况下,NOx排放浓度均低于空气燃烧时的浓度;四角切圆燃烧煤粉锅炉采用富氧燃烧后,炉膛出口NOx浓度由空气燃烧时的359 mg/m3分别降低到235 mg/m3、272 mg/m3、305 mg/m3;高浓度的CO2与煤粉反应生成CO,形成还原性氛围,有助于抑制NOx生成以及增大对已生成NOx还原的概率;在氧气含量为21%的浓度下,通过增加循环烟气中NO含量可以减少NOx的生成和排放。     

O_2和水蒸气对煤粉MILD燃烧影响的数值模拟

水蒸气具有与焦炭发生气化反应、降低燃烧速率等特点,空气中掺混水蒸气可能成为促进煤粉MILD燃烧实现的一种手段。基于IFRF的炉子结构,通过数值模拟研究了不同O_2和H_2O体积分数对煤粉MILD燃烧的影响。研究结果表明,不同O_2体积分数下,H_2O体积分数的增加使炉内温度分布更均匀,焦炭的气化反应比例提高,利于MILD燃烧的实现,热力型NO由798×10-6降为121×10-6。随O_2体积分数的升高,炉内温度峰值及整体温度均明显上升,较高的炉温促进热力型NO生成的同时也极大地促进了气化反应,并抑制了燃料型NO的生成。     

基于热重-质谱联用的煤粉富氧燃烧动力学及污染物生成特性

富氧燃烧是最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一,为更深入掌握煤粉富氧燃烧的着火模式和污染物生成特性,本文构建了热重-质谱联用实验系统,以烟煤和无烟煤标准煤样为对象,针对3个不同的氧气体积分数:21%、30%和50%,研究了O_2/Ar和O_2/CO_2气氛下煤粉的富氧燃烧特性。结果表明,O_2/CO_2气氛下煤粉着火温度和燃尽温度均降低,燃烧速率提高,燃烧时间缩短;两种煤粉在O_2/Ar气氛下的燃烧都属于非均相着火,而富氧燃烧都属于均相着火模式;氧气体积分数在30%以上时,无烟煤O_2/CO_2燃烧的表观活化能明显低于O_2/Ar气氛,在相同工况下烟煤的表观活化能均低于无烟煤;O_2/CO_2气氛促进了CO和挥发分NO的逸出,生成温度均低于O_2/Ar气氛,CO会对NO起到还原作用。     

RDX对含硼富燃料推进剂一次燃烧产物组分影响的计算研究

为了研究黑索今(RDX)对含硼富燃料推进剂一次燃烧产物组分的影响,用吉布斯最小自由能法计算了5种推进剂配方的一次燃烧产物组分,并通过测试燃烧产物中的总硼含量对热力学计算结果进行了验证。结果表明,采用最小自由能法计算含硼富燃料推进剂的一次燃烧产物组分,其结果准确、可靠;当含硼富燃料推进剂中RDX含量增加时,一次燃烧产物中B_4C和B_2O_3含量减少、C和BN含量增加,且一次燃烧温度也升高;提高一次燃烧压强可提高硼的氧化率、降低B_4C的生成量,有效提高一次燃烧温度,因此提高一次燃烧压强有助于提高含硼富燃料推进剂的二次燃烧效率。     

O_2/CO_2气氛下煤与生物质混燃NO_x的排放特性

在滴管炉上研究不同煤种(褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤)与生物质(稻壳)混燃NO_x的排放特性,分析不同燃烧气氛、生物质掺混比例和氧气体积分数对混燃NO_x排放特性的影响.结果表明:在20%O_2/80%N_2气氛下,不同煤种和生物质混燃时,NO_x沿程分布均呈现出先增大后减小的变化趋势,烟煤/稻壳的NO_x排放量最高;在氧气体积分数为20%条件下,O_2/CO_2气氛比O_2/N_2气氛下NO_x的排放量降低;在30%O_2/70%CO_2气氛下,随着混燃中生物质掺混比例的增加,不同煤种NO_x的排放量逐渐降低,褐煤的NO_x排放量下降最显著,由130.029mg/m~3下降到49.674mg/m~3;在O_2/CO_2气氛下,随着氧气体积分数的升高,NO_x排放量增加.氧气体积分数由20%升高到30%,烟煤单燃时NO_x排放的增加量较小,生物质和烟煤混燃时NO_x排放的增加量较大.     

响应曲面法评价与优化混煤富氧燃烧特性

研究了小龙潭褐煤、富源烟煤和昭通褐煤混煤的燃烧特性,对比了不同氧气浓度、不同升温速率下煤样的热解及燃烧特性,采用响应曲面法优化软件对氧气浓度、升温速率及煤粉配比进行优化.结果表明,富氧燃烧时,煤样着火温度和燃尽温度降低,燃烧时间缩短;氧气浓度高于30%(?)后,煤粉燃烧特性参数变化趋于平缓,实际应用中氧气浓度应控制在30%左右;煤粉燃烧后段活化能较高,煤样活化能、指前因子随氧气浓度增大而增大;升温速率增大,煤样的着火温度和燃尽温度升高,煤粉燃烧时间延长,稳定性、燃烧性变差.氧气浓度越高,煤样燃烧性能越好,设置可燃性指数和燃烧特性指数最大,燃尽温度和投资成本最小,小龙潭褐煤:昭通褐煤:富源烟煤质量比为100:55.07:1时优化的4个评价指标最好,可燃性指数为43.56×10-7,燃烧特性指数为4.27×10-10,燃尽温度为680.01℃,成本为252.49$/t.