中国水泥工业烧成系统技术升级路线图之NOx生成因素分析

预分解窑内NOx生成量与燃料中氮的含量关系极大,往往起主导作用,热力型的氮可能只占小部分;O_2浓度的高低是NOx形成量多少的决定性因素,温度高低、高温区停留时间是次要因素;分解炉中NOx的量同样取决于燃烧环境的O_2浓度;生料对CO还原NO反应起催化剂的作用;各种形式的分解炉,断面都存在气体、物料、煤不均匀的状态,局部均可能出现NOx很高的区域和温度高的区域;分解炉的脱硝,要根据具体情况采用空气分级、燃料分级、流场控制等措施解决。分解炉各点氨水喷入量取决于炉内NOx高低。

燃煤机组NOx生成量动态软测量模型

针对在动态过程中NOx生成量静态软测量模型预测精度降低和时间异步的问题,提出采用LSSVM动态软测量模型,应用k-近邻互信息法进行辅助变量迟延时间的确定,并利用遗传算法和k-近邻互信息法进行辅助变量阶次的选择,采用涵盖自变量迟延和阶次信息的新输入变量集构造最小二乘支持向量机(LSSVM)动态软测量模型,分别提出了基于k-近邻互信息法和遗传算法的LSSVM动态软测量模型,最后将2种LSSVM动态软测量模型与静态软测量模型对NOx生成量的预测效果进行对比。结果表明:与静态软测量模型相比,LSSVM动态软测量模型预测精度更高,并具有一定的超前预测功能。

蓄热式加热炉内NOx生成的数值模拟

目前蓄热燃烧技术已经在加热炉上广泛应用,但NOx生成机理仍不很清楚。本文以鞍山热能研究院建造的蓄热式加热炉为原型,对低热值煤气蓄热燃烧过程进行了数值模拟。通过比较不同预热温度、不同空气系数、不同空气喷口倾角和不同煤气与空气喷口间距,发现当这些条件改变时,低热值煤气燃烧过程的NOx生成量也随之发生变化。

新型双流化床炉内NOx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。

煤粉与木粉共燃的NOx生成特性分析

建立了单角炉煤粉射流燃烧模型 ;计算了炉内速度场、浓度场、温度场 ;并计算了煤粉单独燃烧时“燃料”型和“热力”型NO的生成 ;分析了从单角炉的不同部位喷入木粉、煤粉与木粉共燃时 ,木粉燃烧焦碳对NO还原能力差异的原因 ;

660MW燃煤机组瞬态过程NOx生成及脱除特性

燃煤机组为完成电网负荷调峰任务,锅炉负荷长期频繁波动,对氮氧化物的生成及脱除效果有显著影响。以某660 MW燃煤机组瞬态过程氮氧化物的生成及脱除特性为研究目标,建立了机组瞬态过程氮氧化物生成预测模型,开展了变负荷过程中氮氧化物生成预测研究。针对燃煤机组变负荷过程燃烧器切换的特点,发现新增燃烧器的负荷点越高时,越能有效避免氮氧化物的生成值增大。另外,分析了选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)动态特性,分别研究了SCR入口氮氧化物浓度、喷氨浓度、烟气流速和反应温度等阶跃变化对氮氧化物脱除的动态特性影响,为后续瞬态过程喷氨优化控制逻辑提供参考。

燃尽风率对四角切圆锅炉燃烧及NOx生成特性的影响

对某电厂一台300 MW四角切圆锅炉低氮改造后的NOx生成特性进行了数值模拟计算,分析了燃尽风率对NOx生成特性的影响。分析结果表明:燃尽风率增大时,在主燃烧区喷入空气量减少,导致煤粉燃烧不完全、温度降低;燃尽区的富氧氛围使未燃尽的煤粉进一步完全燃烧;主燃烧区的还原性氛围使得该区域NOx会随着燃尽风率的增大而减少;燃尽区的高温以及较低的CO浓度降低了该区域的还原性氛围,使NOx排放量增加。综合考虑NOx排放和消旋效果,该炉型锅炉采用30%的燃尽风率是比较合理的。

三次风对分解炉内NOx生成量的影响

随着三次风风速的逐渐增大,两侧三次风与窑气汇合的边界线相距越来越近,而且所形成的汇合“火焰”状气流越来越偏向XZ截面。随着三次风风速越来越大,分解炉内温度逐渐减小,提供分解炉内燃料燃烧所用氧气越来越多,因此出现分解炉内氧含量越来越高,分解炉NOx生成量越来越高。随着三次风温度越来越高,分解炉内平均截面温度越来越高,由于高温促进燃料燃烧效率,因此分解炉内氧含量越来越低,分解炉NOx生成量越来越低。三次风氧含量增高,导致分解炉内温度逐渐升高,分解炉内含氧量也会逐渐升高,分解炉NOx生成量在三次风氧含量为19%时最高,到分解炉出口时五种三次风氧含量的分解炉NOx生成量相差不大。

锅炉燃烧和NOx生成调整

燃煤锅炉燃烧排放出的气体是造成大气污染的主要污染源之一,其排放出的气体中含有多种有毒有害物质,如氮、硫等。面对大气污染程度日益加剧的严峻形势,为了减少锅炉燃烧气体有害物质排放量,提高锅炉燃烧效率,本文在分析了锅炉燃烧NOx的生成机理后,对调整锅炉燃烧方式,优化燃烧技术,以减少NOx生成的有效措施进行了深入的探索。

煤粉在O_2/CO_2气氛下NOx生成与排放的中试研究

O2/CO2循环燃烧被认为是当前技术风险最小的CO2减排技术。O2/CO2循环燃烧方式与传统的空气燃烧方式最根本的不同点——燃烧气氛发生了显著变化,因而煤的反应动力学和污染物排放将呈现新的特征。进行了中试规模O2/CO2循环燃烧台架的实验工作,着重关注空气、O2/CO2、O2/RFG三种不同工况中NOx生成与排放的特征。对NOx尾部排放特征的研究表明,在炉内燃烧的条件下,采用富氧燃烧技术可以显著地减少NOx排放,通过O2/RFG的烟气再循环技术可以进一步减少NOx排放。

降低燃煤电厂NOx生成的试验研究及治理措施

液氨系统属于火力发电厂重大危险源之一,随着国家对重大危险源改造的趋势,目前更多的电厂已经改造为尿素制氨系统,但是伴随而来的就是发电成本的明显升高,因此充分挖掘机组调节的潜力,尽量降低NOx生成量对火电厂有着重要的经济意义。

燃料预热温度对燃气轮机燃烧室内NOx生成的影响

采用数值模拟方法研究了燃料预热温度Tfuel对某重型燃气轮机环形燃烧室内流动、燃烧以及热力型NOx生成特性的影响。分析表明:提高燃料预热温度Tfuel使得燃料气流的密度ρ减小,体积流量qfuel增大,气流流速u随之增大;提高燃料预热温度Tfuel使得燃烧器中心轴附近区域温度T升高,壁面温度T则有所降低。由于凸台后环流区的存在,燃烧室内温度T最高、热力型NOx生成速率最大的区域位于壁面附近。提高燃料预热温度Tfuel使得该区域温度T下降、热力型NOx生成速率降低、NOx排放浓度下降。提高预热温度可以同时降低燃料消耗量及NOx排放浓度,燃料预热温度T升高至200 ℃时,NOx排放浓度仅为45.5 mg/m3,相比基准工况,下降幅度可达16.5 %。

空气分级燃烧下NO_x生成特性的研究

利用数值模拟方法对空气分级燃烧下NOx的生成特性进行了研究,分析了燃烧器附近局部区域和炉膛整体区域NOx的反应速率,得到了不同燃尽风率下NOx的生成特性.结果表明:NOx主要产生于燃烧初期,当燃料与O2混合不充分时会发生NOx的还原反应;从炉膛整体来看,燃料型NOx的生成速率明显大于热力型NOx,主燃区和燃尽区均生成燃料型NOx,而热力型NOx几乎只在温度很高的主燃区生成,且对O2体积分数的敏感性弱于燃料型NOx;主燃区和燃尽区NOx反应速率的主要控制因素分别为O2体积分数和焦炭燃烧速率;燃尽风率增大,主燃区NOx生成速率和生成区域减小,还原区域增大,NOx排放质量浓度明显减小.

低氮改造对四角切圆锅炉NO_x生成特性的影响

对某300 MW四角切圆锅炉低氮改造前后NOx的生成特性进行了数值计算,分析了低氮改造对NOx生成特性的影响.结果表明:原有双通道自稳燃型燃烧器稳燃腔的设计明显加速了热力型NOx的生成;新型水平浓淡燃烧器浓侧和淡侧煤粉均处于偏离化学当量比条件下燃烧,喷口附近火焰温度明显降低,有利于控制热力型NOx的生成,缺氧燃烧降低了煤粉的燃烧效率,冷灰斗区域及三次风以上区域燃料型NOx的生成速率有所增大.

基于主元分析的SCR烟气脱硝系统入口NO_x生成量预测模型

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统喷氨量控制的大迟延特性,使得难以实现其自动控制的问题,将机组主要运行参数与SCR烟气脱硝系统入口NOx生成量相关联,通过主元分析确定影响NOx生成的主导因素。基于主元分析结果,通过非线性拟合方法建立了NOx生成量预测模型,并将NOx生成量模型预测值与实测值进行对比。结果表明:机组处于稳态过程时,模型预测值与实测值吻合较好;机组处于动态过程时,模型预测值与实测值之间具有一定的偏差,模型预测值变化较实测值提前约100s。因此,该预测模型可作为SCR烟气脱硝系统喷氨量控制前馈,从而克服系统的大迟延特性,同时可用于控制二次风挡板。

常温空气无焰燃烧中NO_x生成的研究

研究了常温空气无焰燃烧中NOx的生成规律.实验研究和计算分析表明,在燃烧器射流对称轴上(300mm×2000mm的空间内),自喷口至炉膛中心处,有一个温度较低的剧烈的燃气与空气扩散混合区,在此区域内,不生成NOx;温度大于1320K的区域,开始生成N2O;在炉膛后部温度大于1810K的高温区,开始生成NO.过量空气系数与容积热负荷对烟气中NOx生成量的影响不大.与传统的扩散火焰或预混火焰不同,常温空气无焰燃烧反应发生在一个弥散的宽广区域,在整个炉膛内同时进行,炉膛内高温区面积很小,因而NOx的生成量低,排放稳定.

神木烟煤燃烧时NO_x生成特性的试验研究

在一维热态试验炉上,采用双调风旋流燃烧器对神木烟煤进行了燃烧试验,研究了不同因素对NOx生成规律的影响.结果表明:随着一次风率f1的提高,NOx排放浓度先降低后上升,而煤粉燃尽率提高;当外二次当量风旋流强度Ωdl=0.87时,煤粉的燃尽率最高,而当Ωdl=1.08时,NOx排放浓度最低;降低外、内二次风风量比ε有利于煤粉的燃尽,当ε=3时,NOx排放浓度最低;当过量空气系数α=1.3时,煤粉的燃烧状况最好;抑制NOx排放的最佳煤粉粒径为20.77μm,煤粉的燃尽率随粒径的减小而提高.

循环流化床锅炉氮氧化物的生成与脱除

随着经济的高速增长,能源消耗急剧增加,由此引发的环境污染日益严重。而循环流化床锅炉在燃烧的过程中可脱除S、N等有害气体,其排放物可达到国家的排放标准。本文通过对云天化电厂循环流化床锅炉的生产实践研究,探讨了循环流化床锅炉的炉温、分段燃烧、脱硫剂、气体在密相区停留时间、飞灰回燃等因素对CFB锅炉脱氮的影响,提出了有效控制NO生成的基本方法。

高温低氧条件下平焰燃烧NO_x生成特性的研究

针对强旋流平焰燃烧采用高温低氧燃烧条件,应用粒子成像测速技术(PIV)对烧嘴下方的主要燃烧区速度场进行了测量,同时对炉内温度场,排烟口NOx进行测量。经过实验研究,在高温低氧燃烧条件下,燃烧稳定,燃气燃烧完全,燃烧区温度分布均匀,NOx生成量下降到30×10-6。通过蓄热室,空气由20℃预热到200℃,烟气温度由800℃降低到80℃,达到了节能环保的效果。

基于生成机理的燃煤电站锅炉NO_x排放量神经网络模型

到目前为止,对燃煤电站锅炉 NOx 生成规律的研究主要集中在试验和基于化学反应动力学的 CFD 模型研究上,而对基于 NOx 排放规律的人工神经网络模型研究得较少。为数不多的研究者也只是采用人工神经网络黑箱的特点,没有充分应用现已逐渐成熟的 NOx 生成机理。该文基于 NOx的生成机理,针对某燃煤电站锅炉,提出 NOx 排放量的神经网络模型。该神经网络模型具有可以预测各一次风粉单元 NOx 生成量、锅炉 NOx 排放量、网络隐节点数少、泛化能力强、鲁棒性好、学习速度快等优点。所提出的模型可以为大型电站锅炉通过燃烧系统自动调整或结构改造降低 NOx排放提供依据。