生物质(气)耦合燃煤锅炉运行性能及污染物分析

为了对比分析生物质与燃煤直接燃烧和生物质气耦合燃煤对锅炉运行性能及污染物排放的影响,基于660 MW燃煤锅炉和30t/h生物质气化炉,搭建生物质气化耦合燃煤锅炉系统模型.在额定工况下,选取松木、木屑、污泥3种生物质,进行气化,对比分析生物质和生物质气与燃煤耦合燃烧2种情况下的锅炉运行性能及燃烧产物的变化规律.结果 表明:生物质直接掺烧提高了炉膛燃烧温度和排烟温度,锅炉热效率均低于纯煤燃烧的锅炉热效率.生物质气掺烧降低了炉膛燃烧温度,提高了锅炉热效率.松木气的炉膛燃烧温度降低了45.26℃,木屑气的排烟温度降低了为41.32℃.生物质气掺烧对NOx减排效果更为显著,木屑气掺烧生成的NOx质量浓度最低;生物质直接燃烧对SOx的减排效果更好,松木掺烧生成的SOx质量浓度最低.     

生物质(气)耦合燃煤锅炉运行性能及污染物分析

为了对比分析生物质与燃煤直接燃烧和生物质气耦合燃煤对锅炉运行性能及污染物排放的影响,基于660 MW燃煤锅炉和30t/h生物质气化炉,搭建生物质气化耦合燃煤锅炉系统模型.在额定工况下,选取松木、木屑、污泥3种生物质,进行气化,对比分析生物质和生物质气与燃煤耦合燃烧2种情况下的锅炉运行性能及燃烧产物的变化规律.结果 表明:生物质直接掺烧提高了炉膛燃烧温度和排烟温度,锅炉热效率均低于纯煤燃烧的锅炉热效率.生物质气掺烧降低了炉膛燃烧温度,提高了锅炉热效率.松木气的炉膛燃烧温度降低了45.26℃,木屑气的排烟温度降低了为41.32℃.生物质气掺烧对NOx减排效果更为显著,木屑气掺烧生成的NOx质量浓度最低;生物质直接燃烧对SOx的减排效果更好,松木掺烧生成的SOx质量浓度最低.     

燃煤电厂掺烧生活污泥燃烧及环保特性现场试验研究

为了得到燃煤电厂掺烧生活污泥燃烧及环保特性规律，基于国内某电厂的330 MW亚临界四角切圆燃煤锅炉，针对6个工况开展现场试验研究。结果表明：燃煤、污泥与混合后的燃料在成分含量上区别较大；掺烧污泥会导致锅炉燃烧温度与热效率降低，最大的降幅分别为28℃和0.19%,总体降幅较小；掺烧污泥后，飞灰与炉渣中重金属含量及氯含量稍微上升，不会明显提高结渣风险；掺烧污泥后，现有的净化工艺仍能确保常规烟气污染物的排放浓度能满足燃煤烟气超低排放要求；随着掺烧比例的提高，NO_x的排放量呈现先增加后降低的趋势，SO₂的排放量逐渐降低，粉尘颗粒的排放量稍微提高；掺烧污泥不会对二噁英类和重金属及其化合物等非常规烟气污染物造成明显影响，排放情况能够满足燃煤电厂限制要求；风烟系统各级风机用电量普遍随着掺烧污泥量增加而提升，最大的提升幅度为5.4A,适当调整后均能够正常运行。     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

天然气锅炉NOx及CO排放控制试验研究

为了响应政府业及民用天然气锅炉达到超低氮排放,要求绝大多数天然气锅炉采用低氮燃烧器+烟气再循环系统的技术路线,实施后普遍出现NO_x、CO含量偏高、炉膛振动较大等问题。借助116 MW天然气锅炉进行试验研究,研究了燃烧器燃料配比、燃烧火焰长度、助燃空气氧含量三个因素对NO_x及CO的影响,并对投入烟气再循环前后炉膛振动情况进行了检测。试验表明:燃烧器燃料内外配比对NO_x、CO生成影响较大,两者呈现相反趋势变化;燃烧火焰长度对NO_x生成影响较大,对CO含量影响较小;助燃空气氧含量对NO_x、CO生成以及锅炉振动影响较大。三种影响因素相比,助燃空气氧含量影响更为突出。     

深度空气分级对旋风燃烧锅炉NOx释放影响研究

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉局部高温以及NO_x排放高等问题，通过ANSYS软件数值研究了不同深度空气分级方案对旋风液态排渣锅炉炉内温度场、组分场及NO_x浓度分布的影响。研究结果表明：深度空气分级燃烧不同工况设置合理，形成了良好的富燃料的主燃区与富氧燃尽区，炉内燃烧稳定，旋风燃烧器逆向布置可促进煤粉燃尽，提高锅炉效率。不同深度空气分级工况下，炉内各组分分布特性一致。同时确定了主燃区最佳过量空气系数为0.85,燃尽风量选用逐层降低布置可实现最佳低氮排放，炉膛出口烟温最低为1 375.45 K,炉膛出口NO_x浓度最低为391.14 mg/m³。     

循环流化床燃煤锅炉污泥掺烧试验研究

为研究不同污泥掺烧量对循环流化床燃煤锅炉特性的影响,对扬州港口污泥发电有限公司130t/h循环流化床燃煤锅炉进行工况试验,重点考察污泥掺烧对炉膛出口烟气温度、锅炉效率与锅炉出力的影响。结果表明:随着污泥掺烧量从0增至3.75t/h,炉膛出口烟气温度从905℃降至900℃,高负荷下污泥掺烧对出口烟气温度降低影响减弱;排烟损失与机械损失增大,锅炉效率不断降低,降低约5%,低负荷下污泥掺烧质量分数更大,锅炉效率降低更快;锅炉主蒸汽流量不断降低,减少约7t/h,试验过程中污泥掺烧质量分数最高达到15%,锅炉运行良好。     

350 MW超临界CFB锅炉煤泥掺烧分析与研究

通过掺烧煤泥试验,对超临界循环流化床锅炉掺烧煤泥后氧量、主汽压力、NO_x排放等参数的变化进行分析讨论,并研究掺烧煤泥对锅炉经济性的影响。试验表明:在超临界CFB锅炉上掺烧煤泥,燃烧反应迅速,可以提高CFB锅炉的快速变负荷能力,降低NO_x排放;在21%掺烧范围内,掺烧可以有效降低床温,对锅炉经济性影响非常小。     

燃煤锅炉掺氨燃烧研究进展

将零碳燃料氨在燃煤锅炉中进行掺烧,是极具潜力的电力系统低碳化改造路径之一,对我国“双碳”目标的实现具有重要意义。由于氨与煤的理化特性迥异,掺氨燃烧将对燃煤锅炉的运行造成一系列影响。本文总结国内外相关研究,从氨燃料特性出发,简述了氨燃烧增强策略,分析了掺氨对燃煤锅炉传热、燃烧及NO_x排放、受热面安全、锅炉效率及■效率的影响,最后对燃煤锅炉掺氨燃烧的研究进行了展望。研究表明,氨在储运成本及安全性方面具有优势,但其燃烧特性与氢气、天然气等气体燃料相比存在差距,可通过与挥发分共燃、富氧燃烧、燃料预热等策略实现氨燃料的稳定着火及燃尽,而这些策略在燃煤锅炉中均可较方便地实施。掺氨比例越高,炉内辐射传热量降低,对流传热量增加。在空气分级条件下,若燃烧组织得当,掺氨燃烧后NO_x排放甚至不升反降。此外,燃煤锅炉掺氨燃烧可能会加剧尾部受热面的低温腐蚀,系统■效率性也略有降低。未来,氮氧化物的生成机理与预测模型、氨煤掺烧锅炉炉内的多场耦合机制等将是燃煤锅炉掺氨燃烧领域研究的重点方向,相关数值模拟子模型的完善以及中试以上规模燃煤锅炉掺氨燃烧的工程验证也亟待开展。     

污泥高温烟气干化及掺烧系统的热平衡分析

从流化床锅炉的旋风分离器出口烟道抽取高温烟气进行污泥干化,干化后的污泥与煤掺烧,是污泥处置方法之一.为掌握这种污泥干化掺烧系统的性能,通过热平衡计算分析了污泥掺烧比例和干化污泥含水率对烟气量、燃烧温度、受热面吸热量分配比例、抽取热烟比例、燃煤量的影响.结果表明:污泥掺烧会降低理论燃烧温度,增加炉内总烟气量.随着污泥干化程度和掺烧比例的升高,污泥干化所需抽热烟气的比例、炉膛和尾部烟道中受热面吸热量的比例都会增大;过大的污泥掺烧比例会导致炉膛尺寸显著大于尾部烟道,给锅炉设计带来困难.污泥干化程度和掺烧比例对节煤量的影响很小,污泥干化不能直接产生显著的节能效果;优选干化污泥含水率和掺烧比,其作用在于控制炉内烟气量和温度水平,优化焚烧炉和干化设备的配置,降低总投资成本.     

循环流化床锅炉低氮燃烧的CPFD数值模拟

针对某75 t/h循环流化床锅炉炉膛出口NOx排放超标问题进行分析探讨,以合理的低氮燃烧控制技术为主,辅以SNCR烟气脱硝技术,争取达到NO x超净排放要求。采用CPFD计算方法对循环流化床锅炉炉膛内的气固流动和燃烧特性进行数值模拟,运用低过量空气燃烧法和空气分级技术对锅炉进行低氮燃烧控制,研究一、二次风配比、二次风射流、过量空气系数、循环倍率和颗粒粒径等因素对炉内燃烧及NO x排放的影响。结果表明:通过低氮燃烧控制后,炉内速度场和温度场分布均匀,炉膛出口处烟气流速增加,炉膛平均烟温和出口氧浓度降低,还原性气体CO浓度和优化前基本相同,炉膛出口NOx浓度降低,减排效果显著,为以后的锅炉运行提供实际指导经验。     

煤粉炉的分级燃烧技术研究

分析了煤粉燃烧过程NOx的形成机制和特点,研究了减少NOx生成量的基本途径和分级燃烧的基本原理,并进行了数值分析。在乌拉山电厂100MW煤粉炉上进行了分级燃烧改造,将以轴向空气分级和径向空气分级为核心的现代低NOx燃烧技术引入了传统的煤粉炉燃烧系统中,考察了炉膛轴向和径向分级风,过量空气系数,锅炉负荷等因素对炉内NOx形成的影响。NOx排放浓度降低了250－500mg/m^3(干烟气,70％O2）。     

基于正交设计的分级分区头部流动特性研究

针对某650 MW超超临界燃煤锅炉在深度调峰过程中燃用大同烟煤时无法稳定燃烧的情况开展研究,就如何提高锅炉在低负荷运行中稳燃性的问题,对原煤种进行掺混改良,改变不同富氧燃烧配风方式,利用计算流体力学模拟软件模拟了不同工况的炉内燃烧情况。模拟结果表明：由于锅炉降低负荷运行增加了原煤种的着火难度,固定碳含量低且挥发分高的煤种可以较好适应锅炉运行调整;富氧燃烧可以提高锅炉低负荷运行时的出口烟温,能满足后续脱硝处理的要求;随着富氧燃烧程度的增大,煤粉燃烧耗氧量增加,每秒燃烧的煤粉颗粒数增加,加剧了炉内的燃烧,使燃烧更稳定;当富氧浓度大于27%时,不能高效提高炉内温度,NOx排放量增多;当富氧浓度为27%时,炉膛出口NOx排放量按6%O2折算为负增长的最小值,是该锅炉低负荷投运较为理想的工况。     

Mechanism analysis on the pulverized coal combustion flame stability and NOx emission in a swirl burner with deep air staging

Low NOx burner and air staged combustion are widely applied to control NOx emission in coal-fired power plants. The gas-solid two-phase flow, pulverized coal combustion and NOx emission characteristics of a single low NOx swirl burner in an existing coal-fired boiler was numerically simulated to analyze the mechanisms of flame stability and in-flame NOx reduction. And the detailed NOx formation and reduction model under fuel rich conditions was employed to optimize NOx emissions for the low NOx burner with air staged combustion of different burner stoichiometric ratios. The results show that the specially-designed swirl burner structures including the pulverized coal concentrator, flame stabilizing ring and baffle plate create an ignition region of high gas temperature, proper oxygen concentration and high pulverized coal concentration near the annular recirculation zone at the burner outlet for flame stability. At the same time, the annular recirculation zone is generated between the primary and secondary air jets to promote the rapid ignition and combustion of pulverized coal particles to consume oxygen, and then a reducing region is formed as fuel-rich environment to contribute to in-flame NO_X reduction. Moreover, the NOx concentration at the outlet of the combustion chamber is greatly reduced when the deep air staged combustion with the burner stoichiometric ratio of 0.75 is adopted, and the CO concentration at the outlet of the combustion chamber can be maintained simultaneously at a low level through the over-fired air injection of high velocity to enhance the mixing of the fresh air with the flue gas, which can provide the optimal solution for lower NOx emission in the existing coal-fired boilers.     

Numerical calculation on combustion process and NO transformation behavior in a coal-fired boiler blended ammonia: Effects of the injection position and blending ratio

Ammonia (NH₃), as a potential carbon-free alternative fuel, can be blended into coal-fired boiler to achieve significant pollution reduction and carbon reduction, but there are concerns about high NOx emissions due to high nitrogen content. According to the characteristics of coal/NH₃ co-combustion, a dual-fuel co-combustion model with strong adaptability and high accuracy was established in this study through Chemkin software to study the influence of different injection positions and blending ratios on combustion characteristics and NOx generation process. Then, the co-combustion model was applied to the three-dimensional CFD calculation process of a 330 MWe front-fired boiler, and the combustion characteristics, NOx distribution and reaction process were calculated when cal. 20% NH₃ was blended in the primary air. The results show that when cal. 20% NH₃ is blended, the change of NO content mainly occurs in ignition zone and flame zone, and the transformation behavior of N in NH₃ is optimized to a 15-step elementary reaction; The temperature distribution in the furnace is similar, and the average temperature at the furnace outlet decreases from 1033 °C to 988 °C, while NH₃ have a preferential combustion reaction with air than coal, resulting in a decrease in the burnout rate of coal; The NOx concentration at the furnace outlet decreases from 355 mg/Nm³ to 281 mg/Nm³, which is 20.85% lower than that under the pure coal burning condition, and the variation range of O₂ concentration and unburned NH₃ concentration is small.     

煤粉工业锅炉及其发展前景

介绍了煤粉工业锅炉国内外发展现状,着重分析了煤粉工业锅炉炉膛本身所具有的低温运行优势;同时指出,通过采用低氮燃烧技术,无需烟气净化措施就可实现低氮排放。最后,分析并肯定了煤粉工业锅炉有限的发展前景。     

燃尽风喷口位置对NOx排放的影响

针对一台采用旋流式燃烧器的煤粉炉NOx排放质量浓度较高的问题,采用空气分级燃烧方式以降低NOx排放量,基于CFD软件平台,在额定负荷下,分别对3种不同燃尽风喷口位置的改造方案进行了炉内燃烧及污染物生成的数值模拟,并通过综合比较炉内各参数的变化确定了最佳燃尽风喷口位置．结果表明：燃尽风喷口位置的上移降低了主燃区氧气的体积分数,同时使炉膛内的最高温度降低了23～29K．燃尽风喷口位置对NO,的还原效果、出口烟气温度以及煤粉焦炭转化率的影响较大．当燃尽风喷口位置升高时,NOx质量浓度降低,炉膛出口烟气温度升高,煤粉焦炭转化率下降．经综合比较炉膛出口烟气温度、NOx质量浓度以及煤粉焦炭转化率得出,距最上层燃烧器7．7m处为最佳燃尽风喷口位置．     

300MW烟煤/高炉煤气混燃锅炉掺烧褐煤燃烧特性的数值模拟及经济性分析

对某300MW烟煤/高炉煤气混燃锅炉掺烧褐煤的燃烧特性进行数值模拟和经济性分析,分析了褐煤完全取代烟煤、部分掺烧褐煤和不同高炉煤气掺烧比例等因素对炉内温度场和CO摩尔分数分布的影响.结果表明:褐煤完全取代烟煤后,炉内温度显著降低而炉膛出口烟气温度明显升高,影响了锅炉运行的安全性;褐煤取代部分烟煤后,随着褐煤掺烧比例的增大,炉内温度逐渐下降,炉膛出口烟气温度升高但CO摩尔分数变化不大;在褐煤掺烧比例一定时,随着高炉煤气掺烧比例的增大,炉膛最高温度明显降低且炉膛出口温度升高,CO摩尔分数的峰值逐渐减小;纯烧烟煤的发电成本为117 090元/h,当掺烧40%褐煤和20%高炉煤气时,发电成本降为80 107元/h,发电成本比纯烧烟煤降低了31.59%.     

四角切向燃烧锅炉煤粉射流逆向稳燃技术的研究开发

本文首次提出并分析了四角切向燃烧锅炉煤粉射流逆向稳燃技术的设计思想。根据炉内三维湍流流场的数值模拟，优化设计了本项技术应用于焦作电厂Ｎｏ．３炉的燃烧器改造方案。计算结果及现场应用证实，采用煤粉射流逆向稳燃技术能够大幅度延长一次风射流中煤粉颗粒在着火初期的停留时间，改善煤粉气流的着火条件，同时能够有效地削弱炉膛出口气流的残余旋转，从而减轻烟温偏差，并能改变煤粉颗粒的切圆运动轨迹，从而缓解了炉膛燃烧器区域水冷壁的结渣与高温腐蚀。     

双燃料煤粉流化床复合燃烧锅炉的物质平衡与热量平衡

本文分析了双燃料粉流化床复事燃烧锅炉的物质平衡及热量平衡，得到了炉腔及空气预热器的物质平衡方程，沸腾层及煤粉炉膛的热平衡方程主炉膛出口过量空气系数，锅炉气体及未完全热损失，固体未完全损失的计算公式。