燃煤锅炉烟气中SO_3生成的化学动力学模型和实验研究

燃煤锅炉烟气中SO_3能对锅炉设备、大气环境造成包括低温腐蚀、粘污和蓝烟等一系列的危害。因而,对烟气中SO_3主要影响因素及其影响规律的研究对于预测和控制烟气中SO_3浓度以满足不断增长的节能减排标准有重要意义。基于文献中的C/H/O/N/S化学动力学模型的优化、整合建立了化学动力学模型,对烟气中SO_3主要影响因素及其影响规律进行计算研究。还基于自主设计搭建了全混流反应器测量装置,对上述计算工况中的SO_3浓度进行测量。研究发现,烟气中SO_3浓度主要受SO_2、O_2和H_2O的浓度,以及温度和反应停留时间等影响。SO_3浓度受烟气中CO、NO的影响也较为显著,但是受CO_2的影响不大。另外,随着反应停留时间的增加,烟气中SO_3浓度先后经历了3个不同阶段:急剧增加,增长趋势逐渐减缓和逐渐减少。

大中型循环流化床锅炉机组运行现状分析

对国内87台大中型循环流化床锅炉机组2014年的运行情况进行全面统计分析,包括可靠性、经济性和环保达标情况等。分析发现,循环流化床锅炉机组的大型化、高参数发展可以提高锅炉机组的可靠性、经济性和环保性等。其次,对烟气酸露点、三氧化硫含量等展开研究,进一步降低排烟温度提高锅炉机组的效率。另外,目前绝大多数的循环流化床锅炉机组可以在不额外投入脱硫、脱硝设备的前提下,通过调整、优化运行以及加强管理和监督等仍可以使其满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)的要求。

烟气酸露点的测量与计算关联式的修正

为防止结露腐蚀粘污,一般排烟温度均要求高于烟气酸露点,为了进一步提高能源利用率,希望进一步降低排烟温度,这就要求烟气酸露点的确定更加精确。目前国内外酸露点的计算结果普遍偏高。分析了影响烟气酸露点的因素,通过自己设计的烟气酸露点测量装置,开发的利用饱和NaHSO3溶液吸收SO3的测量方法,对实际运行锅炉进行测试,提出了考虑烟气中SO3的浓度的酸露点关联式。

100 MWe生物质循环流化床锅炉的开发

生物质的特点是燃烧活性好,但灰分中碱金属盐含量高、灰熔点低,导致燃烧室结焦、对流受热面粘污严重,同时存在腐蚀。提出了垢下腐蚀机理,减少粘污是彻底抑制腐蚀的根本途径,进而提出了生物质锅炉中的应对措施,据此设计了100 MWe再热生物质循环流化床锅炉,并对其性能进行预测。

燃煤循环流化床锅炉中并联分离器的性能实验研究

劣质煤可用于循环流化床(CFB)燃烧。多个并联分离器布置的方式被广泛地应用于循环流化床锅炉实现气固分离,然而这种布置方式容易出现造成气固两相流的不均匀分布,以及并联分离器性能的差异。在300 MW循环流化床锅炉上开展了实验研究,对比了并联的3台分离器的压降、分离效率、以及其内的燃烧现象。研究发现,中间位置的分离器具有更大的压降以及更高的分离效率,这与中间分离器具有更大的烟气流率有关。而对比并联布置的返料阀和立管的压降发现中间分离器具有更小的颗粒流率,这不利于燃烧以及炉内脱硫。此外,由于不均匀的气固两相流,中间位置分离器内烟气温升明显高于两侧分离器。

煤粉炉SNCR对SO3生成影响的数值模拟

基于详细化学反应机理,利用CHEMKIN-PRO软件中的平推流反应器研究了选择性非催化还原(SNCR)脱硝过程对SO_3生成作用,以及烟气中SO_2、NO、O_2和H_2O的体积浓度对SO_3生成量的影响。结果表明,氨的注入改变了SO_3生成机理和主要路径,明显促进烟气中SO_2向SO_3氧化。在NH_3的体积浓度为300μl·L^(-1)、SO_2的体积浓度为2000μl·L^(-1)、停留时间1.9 s内温度从1373 K降低至573 K时,生成的SO_3体积浓度大于10μl·L^(-1)。随着SO_2体积分数的降低,生成的SO_3体积浓度减小,但转化率有所增加;此外生成的SO_3体积浓度随O_2体积浓度、NO体积浓度和停留时间的增加而增加,随着H_2O体积浓度的增加而减小。燃用高硫煤时,SNCR对SO_3的生成作用必须给予重视。

典型神华煤/焦官能团分布差异和反应性对比分析

神华煤储量巨大,因其良好的着火和燃尽特性,已成为我国主要的动力用煤之一,年消耗量超过我国煤炭总消耗量的1/10。神华煤种类较多,按灰熔点可分为高灰熔点的系列如石炭煤和准格尔煤,低灰熔点的系列如神混煤,低灰熔点煤产量大,一般是电厂的主烧煤种,为防止结渣,电厂多以低熔点煤和高熔点煤按7∶3或8∶2比例进行掺配混烧。目前的研究关注神华煤的工程燃用较多,而针对不同种类神华煤的微观差异性关注较少,选取神混、石炭2种典型的神华煤,采用红外光谱技术对其原煤和煤焦的官能团分布进行了表征比较,研究发现,神混、石炭2种烟煤的官能团分布相似,均存在CC和CC、—CH3、—CH2等烷烃基团以及含N、含S基团;从红外吸收峰强度看,石炭煤官能团要高于神混煤。受热成焦后,神混焦的—CH3、—CH2以及芳香碳碳双键等官能团吸收峰强度明显高于石炭焦。神混、石炭原煤脂肪链长接近,但石炭焦脂肪链长显著增加,而神混焦脂肪链长变化并不明显。通过扫描电镜观察到神混煤存在明显的相互交替的条带状煤岩结构,高温成焦后碳的晶体结构变得有序,孔隙结构明显增加。通过热重反应器对神混、石炭2种煤焦的氧化活性进行了比较,发现神混焦的反应活性明显高于石炭焦,神混焦更易燃尽。因此,从燃烧特性比较看,选用神混作为主力燃用煤种是合适的。

预热燃烧模式下半焦NO排放和燃尽特性实验研究

为探究更高预热温度下(>1000℃)半焦预热燃烧工艺的降氮潜力,在两段电炉串联组成的沉降炉系统上考察了预热温度(600-1400℃)、燃烧温度(1200-1400℃)和过量空气系数(α=0.6-1.4)对半焦燃烧NO释放和燃尽的影响。结果表明,进一步提高预热温度(>1000℃)能够同时降低NO排放和提高燃尽率,并且富燃料工况下,预热温度升高带来的NO降低幅度比贫燃料工况下降低幅度大,预热温度从800℃升高至1400℃时,NO降幅最大可达74%(α=0.6),明显高于贫燃料条件下NO降幅20.6%(α=1.4)。但是,富燃料工况下,预热温度升高带来的飞灰含碳量降幅比贫燃料工况下降低幅度小,贫燃料条件下飞灰含碳量最大降幅为26.8%(α=1.4),高于富燃料条件下降幅15.95%(α=0.6)。对于燃烧温度对半焦燃烧NO释放的影响,发现存在一临界过量空气系数α=1,当过量空气系数高于该临界值时,随燃烧温度提高,NO排放量增加,当过量空气系数低于该临界值时,随燃烧温度的提高,NO排放量减小。

MnαTi1-α催化剂NH3选择性催化还原NO的中低温活性及机理研究

采用浸渍法制备了不同MnO x负载量的SCR催化剂,检测其在中低温下的脱硝活性和抗SO 2中毒性能,并分析影响MnαTi 1-α催化剂中低温活性的机理。采用BET、XRD、XPS、NH 3-TPD和H 2-TPR对催化剂表征。研究表明,随着MnO x负载量的增加,MnαTi 1-α催化剂最高脱硝活性温度区间向低温区移动,Mn 0.1 Ti 0.9催化剂在200-385℃脱硝效率达80%以上。SO 2会造成MnαTi 1-α催化剂脱硝活性显著下降,且不可逆。当MnO x负载量增加时,催化剂比表面积先增大后略微减小、H 2-TPR中Mn 4+峰面积增大、表面化学吸附氧增加,有利于NH 3-SCR反应在低温下的进行。MnαTi 1-α催化剂的酸性位点随MnO x含量增加而增多,H 2还原峰出现温度较低,表明MnαTi 1-α催化剂具有良好的中低温氧化还原性。

大型燃煤机组中速磨煤机一次风流场优化及数值模拟

为减小占地面积,降低单位造价成本,近20 a来国内新建的燃煤机组布置通常十分紧凑,其中侧煤仓布置成为燃煤机组常见的选择之一。侧煤仓布置存在2个问题,一是远端磨煤机管道较长,易导致风粉分配不均;二是一次风管道大幅度缩短,风量的测量装置没有合适的安装位置,一次风测量准确性下降。为避免某电厂660 MW超超临界侧煤仓布置燃煤锅炉由于中速磨煤机一次风测量失真,导致燃烧和配风发生大幅波动,磨煤机出口粉管堵粉、着火和炉膛出口NO_(x)浓度超标等事故。基于数值模拟软件Fluent对磨煤机入口一次风圆形管道的流场进行了研究,分别计算了原始设计和将风管道取直后的一次风流场分布。结果表明,随着一次风流量的提高,位于管道转弯后1~3倍直径处的一次风流速分布存在一个明显的转捩点。入口风流速在9.5 m/s时,位于该点前后的风量测量失真造成风量大幅波动。取直入口管道,一次风道流场更为规则,流场的转变趋向平缓,避免了一次风测量失真。通过安装整流装置,将风量测量装置移至风粉管底部,适当延长直管段长度等也可以在较大程度上规避风量测量失真的现象发生。若现场空间不具备条件,避免在较短的管道内出现三通、转弯、变径或阀门等容易引起流动稳定性变差的部件或结构,同样可避免一次风量测量失真对机组扰动的影响。

1000 MW机组烟气余热利用方案对比

为了充分利用排烟余热,采用0号高压加热器(简称高加)入口给水、0号高加疏水、凝结水或原系统冷媒水作为冷却介质,降低热一次风温度。结果表明:高加疏水相变换热性价比最高。在降低一次风温度的基础上,比较4种排烟余热利用方案,即加装一次风暖风器时一级省煤器的2种利用方式,以及不加装一次风暖风器时低压加热器是否换热。结果表明:在锅炉0 m层设置热一次风换热器,并设置一次风暖风器,可最大幅度降低造价,预期最高节煤量为2.2 g/(kW·h)。

烟气酸露点的测量和预测模型分析

防止电站锅炉尾部金属对流受热面的腐蚀粘污和进一步提高锅炉热效率都对锅炉尾部烟气酸露点预测的准确性提出了更高要求。大量电站锅炉机组长期运行经验表明,目前常用的酸露点模型的预测值普遍偏高。该文在前期酸露点测量方法筛选工作的基础上,设计搭建了两种不同的烟气酸露点测量装置,并分别对不同烟气条件下的酸露点进行测量;结合烟气酸露点与其影响因素之间的热力学理论关联式进一步推导出酸露点的预测模型。不同酸露点预测模型的计算结果与相同烟气条件下的实验测量结果的比较表明:相比于抽气式测量的实验结果,插入式测量装置的测量结果对烟气中水蒸气分压的变化更为敏感。