NH_(3)/H_(2)掺混MILD燃烧及NO_(x)排放特性的数值模拟

化石能源的利用推动了人类社会的进步,但也造成了全球气候变化,威胁人类的生存与发展。在此背景下,氨和氢作为零碳燃料引起了人们的重视,但其燃烧利用面临诸多问题。MILD燃烧是一种新型燃烧方式,有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,但目前研究非常有限。采用数值模拟方法对预混NH_(3)/H_(2)射流火焰的MILD燃烧和排放特性进行研究。改变了射流中的氢气比例(X(H_(2))F)和当量比(Φ_(J)),并详细分析了温升、反应域、抬升高度、自由基浓度以及氮氧化物(NO_(x))排放等。结果表明,添加少量H_(2)可显著增强NH_(3)火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,X(H_(2))_(F)的增加能提高燃烧温度,加快H、O和OH自由基的产生,并使燃烧模式由MILD燃烧转变为高温燃烧。富燃料且氢气比例较低时,NH_(3)在燃烧前大量分解为H_(2),导致燃烧温度较高。关于NO_(x)排放,N_(2)O和NO是最主要来源,NO_(2)可忽略不计。整体上,N_(2)O和NO的排放随X(H_(2))_(F)的增加先升高再降低。当X(H_(2))_(F)较低时,N_(2)O的浓度峰值与排放量和NO相当。提高X(H_(2))_(F),温度升高,导致N_(2)O转化为NO和N_(2),因此NO变为主要的NO_(x)排放源。此外,富燃工况中,燃烧温度、OH浓度及射流对伴流中氧气的卷吸共同影响NO排放。

气流床煤粉工业锅炉非催化还原脱硝试验

选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术是燃煤工业锅炉领域重要的脱硝技术之一,目前电站锅炉SNCR脱硝效率普遍偏低,且工业锅炉SNCR应用研究较少。针对一台20 t/h气流床煤粉工业锅炉测量了炉膛温度以及不同喷枪位置和气液压力下炉膛出口的NO_(x)排放浓度,研究了气流床煤粉工业锅炉中SNCR的脱硝性能。结果表明,采用尿素进行脱硝反应的最佳温度窗口为790~850℃,最佳温度窗口位于炉膛中心截面附近,喷枪设置在炉膛侧壁中心优于炉膛顶部,喷枪插入深度和角度对脱硝效率的影响较小,喷枪位于最优位置时,脱硝效率可达87.2%,出口NO_(x)质量浓度为38 mg/m^(3),满足超低排放。喷枪流量随液压升高和气压降低而增大,气压大于液压时,喷枪雾化较好,整个扇面液滴分布较均匀,2.38≤氨氮物质的量比≤3.00时,液压越低,脱硝效率越高,0.30 MPa≤液压≤0.35 MPa,0.29 MPa≤气压≤0.40 MPa时,SNCR脱硝效率较高,且氨逃逸较少。喷枪液滴雾化情况对脱硝效率的影响高于扇面角度。

燃气轮机掺氢燃烧技术

[目的]随着国家为能源行业设立了碳达峰、碳中和的宏伟目标,对电站燃气轮机低碳排放技术改进的需求日益增长。国内对该目标的关键技术路径的探索亟待展开。燃气轮机的贫预混燃烧技术能使燃烧偏离理论空气量,是目前降低NO_(x)排放主要技术,同时通过在天然气中掺混氢气燃烧,能够有效降低化石能源的消耗以及降低碳排放量。[方法]采用Chemkin-Pro软件建立一维预混自由传播火焰模型,比较不同当量比、初始温度、初始压力、掺氢比对燃烧温度、燃烧速率、污染物生成浓度、燃烧自由基、链式反应等的影响;模拟燃烧过程的温度分布、燃料组分变化及其排放特性。[结果]发现了通过在天然气中掺混氢气燃烧,能够有效降低化石能源的消耗以及降低碳排放量。但天然气掺氢的贫预混燃烧所带来的较高的火焰温度反而会促进NO_(x)的生成,同时,在较低的当量比下将会产生更多的CO。[结论]基于以上研究,获得了掺氢燃烧的关键数据,为掺氢燃烧技术路径的完成奠定了基础。

柴油机空气辅助式SCR试验研究分析

对装配气助式SCR系统进行不同工况下的尿素喷射量、ESC测试的NO_(X)转化效率及稳定工况下的尿素/NO_(X)当量比进行了试验研究。结果表明,相比非气助式SCR,气助式SCR系统具有更高的尿素喷射压力、更好的尿素雾化和蒸发效果,表现出更好的NO_(X)转化效率。在稳态测试循环工况(ESC)试验中,气助式SCR的温度上升到250℃以上时,NO_(X)转化效率近95%。同时,在尿素/NO_(X)当量比与NO_(X)转化效率试验中,NO_(X)转化效率随着尿素/NO_(X)当量比的增大而增加,当量比为2时,NO_(X)转化效率达到最大值,但需要将尿素/NO_(X)当量比控制在1.0~1.4,以避免过高的尿素/NO_(X)当量比造成氨逃逸。

尿素溶液溶度和反应温度对SNCR脱硝过程的影响

选择性非催化还原(SNCR)是一种通过喷加氨气或尿素溶液还原氮氧化物的工艺,被广泛应用于高温焚烧炉烟气的处理过程。然而SNCR过程中影响脱硝过程的因素很多。文章研究了在相同的NH_(3)/NO摩尔比下,不同浓度尿素溶液对氨逸出的影响,同时研究了不同反应温度梯度对脱硝过程的影响。结果表明,脱硝效率随着温度的升高逐渐下降,随着NH_(3)/NO摩尔比的升高而升高。并且,在恒定的NH_(3)/NO摩尔比下,尾气中排放的氨浓度随着氨溶液浓度的升高而升高。

还原区当量比对煤粉预热燃烧特性的影响

预热燃烧是煤粉先高温预热改性、预热燃料再燃烧的新型技术,基于30 kW煤粉预热燃烧试验平台,保持循环流化床当量比、预热温度、过量空气系数等运行参数不变,研究了还原区当量比对煤粉预热燃烧特性的影响规律。结果表明,当还原区当量比增加时,下行燃烧室的主燃区向顶部喷口方向移动,喷口附近区域温度升高,下行燃烧室沿程温度随与喷口距离的增加而降低。下行燃烧室喷口至三次风给入的还原性区域内,发现含氮气体主要以NO_(2)形式存在,在给入三次风后的下行燃烧室氧化性区域内,含氮气体主要以NO形式存在。还原区当量比的增加会使下行燃烧室还原区内的CO质量浓度降低,即还原性气氛减弱,较低质量浓度的CO对NO_(2)的还原抑制作用减弱,从而导致还原区内NO_(2)被还原成N_(2)的比例增加,NO_(2)质量浓度降低,氧化性气氛下的NO质量浓度也随着还原区空气当量比的增加而下降。说明预热燃料燃烧中含氮气体的形态与燃烧室气氛密切相关。当还原区当量比为0.96时,生成的尾部NO和CO排放质量浓度均较低。