煤粉掺氨空气分级燃烧排放特性及炉内过程烟气特性试验

以往针对氨煤掺烧研究多集中在数值模拟及小型试验炉,大型试验炉上多为技术可行性的点工况试验。在一台50 kW自持燃烧下行试验炉中在不同工况下针对燃煤掺氨燃烧产物的排放和过程分布特性展开研究,重点分析了不同掺氨比例、燃尽风率及运行氧量的影响。为充分了解氨与煤燃烧过程中对NO生成的贡献,针对纯氨燃烧进行一系列试验。试验结果表明,空气分级燃烧可大幅降低燃煤掺氨燃烧NO的排放,掺氨比例为10%~90%时NO排放质量浓度在170~215 mg/m^(3),同纯煤燃烧NO排放质量浓度处于同一水平;最佳燃尽风比率维持在38%附近,继续增大燃尽风比率不会进一步降低NO排放,反而会导致燃烧不充分等负面影响。纯氨燃烧利用空气分级技术可以很好地控制出口NO浓度,但纯氨燃烧稳定性远不及氨煤掺混燃烧,运行氧浓度较低时易出现氨逃逸现象。燃煤掺混氨燃烧既可解决氨燃烧困难、出口NO排放浓度过高的问题,又可减少燃煤CO_(2)排放,是一项极具潜力的技术路线。

一种新型低氮燃气燃烧器的数值模拟研究与试验验证

随着我国氮氧化物排放标准的不断收紧,燃气锅炉氮氧化物排放质量浓度被限制在50 mg/m3以下,这对工业燃气燃烧器提出了很大的挑战。分析了燃烧过程中NO的生成机理及影响因素,总结了常用的低氮燃烧技术,介绍了我国燃气燃烧器发展历程。针对国产低氮燃烧器研发的迫切需求,提出了新型低氮燃烧器设计方案,通过一级燃气管、二级燃气管、烟气再循环(FGR)烟罩、旋流器等部分的结构设计,充分利用分级燃烧与烟气再循环方法,达到了控制氮氧化物排放的目的。同时利用数值计算软件开展了相关模拟计算,计算结果显示新型低氮燃烧器具有优良的性能参数。利用燃烧器样机开展了热态试验,试验结果表明其具有良好排放特性及负荷调节性能。提出的方案为国产新型低氮燃烧器的开发提供了新思路。

氨燃料经济分析及煤掺氨燃烧试验研究

目前,世界各国对温室气体的排放愈加关注。在我国“双碳”的背景下,对低碳或无碳燃料的充分利用势在必行。氨作为基本化工的无碳原料,产量大,具有易液化、易长期存储、易长距运输、零碳排放等特点。煤掺氨燃烧可以减少燃煤锅炉CO_(2)的排放,在碳中和背景下,氨将成为氢能利用的一种重要氢基燃料。西部大型综合风光能源基地会产生不稳定电源,随之存在大量的弃风、弃光,故可将其用于氨燃料的生产。本文对氨燃料的生产成本进行经济性分析,后对锅炉煤掺氨燃烧技术进行分析。研究发现绿氨的生产成本主要受到电价的影响,当电价降到0.1元/kW·h以下,可用其代替天然气;当煤与氨混合燃烧时,氨煤的混合比例和不同的分级水平会影响NO_(x)的排放。在空气不分级燃烧条件下,当氨混合比增加时,NO_(x)排放减少。在空气分级燃烧条件下,可以发现尾气NO_(x)排放量随着NH3混合比的增加而增加,但NH3的增加对NO_(x)排放量增加的影响随着燃尽空气位置比的增加逐渐消失。

多种含氢燃气燃烧NO生成机理

针对低NOx排放的多气种燃烧器研发需求,利用详细化学反应机理开展了数值模拟工作,深入探究了H_(2)、H_(2)/CO、H_(2)/CH_(4),以及H_(2)/NH_(3)预混火焰中NO的生成机理。计算结果表明:H_(2)火焰中NO的生成机理包括NNH机理及热力型机理,后者起主导作用;添加CO强化O的生成从而加剧热力型NO的生成;H_(2)/CH_(4)火焰中NO的生成机理与CH_(4)火焰相似,包括火焰内的快速型机理和火焰后的热力型机理,H_(2)占比的改变引起NO排放浓度的变化量不超过15 ppm;H_(2)/NH_(3)火焰中NO主要来源于NH_(3)的氧化,贫燃条件下,H_(2)/NH_(3)火焰尾部NO排放浓度比H_(2)火焰高两个数量级,NO的生成对H+O_(2)=O+OH反应高度敏感,该反应的强化引起NO生成加剧。

煤粉炉内燃烧过程还原区强化脱硝试验研究

提出一种新型脱硝技术——多级强化还原煤粉燃烧技术,并在东方锅炉股份有限公司一台可实现煤粉自持燃烧的50 kW下行燃烧试验炉上开展了该技术的脱硝试验研究。采用再循环烟气携带还原抑制剂(尿素溶液或氨气)喷入强化还原区的方式进行强化脱硝。在空气分级的基础上,对两级燃尽风位置、还原抑制剂喷入位置、还原抑制剂的载气种类、还原抑制剂与烟气混合程度和氨氮比等影响脱硝效率的因素进行了研究。结果表明:在第一级燃尽风之前的还原区喷入尿素溶液,氨氮比为2时,脱硝效率可达20%左右;当在两级燃尽风之间的强化还原区喷入尿素溶液,氨氮比为2时,脱硝效率可达70%左右;氨气作为还原抑制剂时,随着氨氮比的增大,脱硝效率逐渐提高,当氨氮比在1.2～1.6时,脱硝效率稳定在70%左右,当氨氮比为2.5以上时脱硝效率达到80%以上。

煤粉燃烧过程强化脱硝技术研究

为进一步提高炉内燃烧过程的脱硝效率,尤其是解决燃用挥发分低的贫煤和无烟煤时炉内NOx排放浓度高的问题,基于高温燃尽区喷氨还原NO机理,提出了多级燃尽风布置区的高温强化还原区喷氨脱硝技术——多级强化还原煤粉燃烧技术(MERC)。借助50 kW下行燃烧炉,开展了氨氮比(RNSR)、还原剂与烟气混合程度、还原剂载气等关键技术参数对脱硝效率的影响,同时开展了MERC和SNCR对比试验研究,并进行了MERC技术的工程应用试验。结果表明:采用双支喷枪对喷能提高还原剂与炉内烟气的混合程度,双支喷枪对喷使脱硝效率从单支喷枪的45%提高到70%;空气作为载气,氨氮比超过1. 2时,NO浓度在500~700 mg/Nm^3,随着氨氮比增加,NOx浓度先升后降;烟气作为载气时NOx浓度大幅降低,仅为100 mg/Nm^3左右,因此还原剂的载气中含氧量越低,越有利于增强高温中喷氨还原NO的效果,还原剂载气需尽可能降低氧含量或采用无氧媒介。通过对比SNCR和MERC试验结果发现,氨氮比小于2时,常规SNCR的NH3耗量高于MERC;氨氮比超过2. 5后,NH3同NO的反应趋于饱和,过量的NH3同SO2发生反应生成(NH4)2SO3和NH4HSO3,这是工程上出现SNCR过量喷尿素后造成空气预热器堵塞的原因。对某电厂125 MW燃煤锅炉进行低氮改造,由于该电厂1、2号锅炉燃用无烟煤+贫煤+烟煤的混煤,2015年低氮燃烧系统改造后一直存在锅炉出口NOx浓度不稳定的情况,尾部脱硝装置入口最低在500 mg/m^3以下,最高为1 200 mg/m^3。为确保改造达到超低NOx排放目标值,在原有燃烧优化试验+SNCR改造+SCR优化提效的设计方案的基础上增加了燃尽风前的尿素喷枪。结果表明:炉内脱硝效率高于65%,结合锅炉尾部SCR装置能实现烟囱位置NOx浓度不高于30 mg/m^3的超低排放,达到了预期效果。

污泥湿式氧化工艺过程模拟及经济性分析

基于前期实验结果,利用过程模拟软件搭建湿式氧化的基础模型,为方案设计提供参考。选取污泥含水率、热值和进气含氧量为变化因素,对自热条件下反应器可回收热量和系统压力进行模拟计算。结果表明,进气为纯氧时,实验压力下,维持自热的含水率最高为87. 6%;当考虑污泥泵的实际能力时,含水率最高可为89. 1%;干基热值范围在11～16 MJ/kg的污泥适用于此基础模型;随氧浓度增大,系统所需压力减小。针对某污水厂的污泥,对20 t/d污泥湿式氧化处理方案和对应的综合模型进行了介绍,并验证了模型的可用性。模拟结果与实验对比,发现气相产物无SO_2、NO_x;能量分析表明系统可自热维持。经济性分析结果表明,20 t/d系统的总投资约918万元,运行成本约134. 8元/t。

电站锅炉用煤沾污性判别方法研究

为准确预测电站锅炉用煤的沾污性,分别采用灰中Na2O含量判别方法、煤中当量Na2O判别方法、灰成分综合指数判别方法、改进的灰成分综合指数判别方法,对新疆地区沙尔湖煤、五彩湾煤、同泰煤、国能准东煤、黑山煤作为电站锅炉燃料时的沾污性进行预测,并比较不同判别方法预测结果的准确性。结果表明:采用改进的灰成分综合指数判别方法预测沾污结果与试验台试烧结果一致,该方法预测燃煤沾污性的准确性较高,而其余3种预测方法得出的沾污程度结果与试烧结果均有明显不符。

含缺陷锅炉大板梁安全性评定分析

锅炉大板梁锅炉设备荷载的主要承载体,承担着锅炉本体和主要管道的荷载,大板梁的安全是锅炉正常运行的基本条件。实际工程中,由于制造缺陷和服役腐蚀等原因,大板梁焊缝区域容易产生裂纹缺陷,裂纹缺陷的扩展将导致严重的经济损失和安全事故。对工程中检测发现的大板梁裂纹缺陷,建立裂纹缺陷模型,通过断裂韧性裂纹扩展和SINTAP失效评定图(FAD),以“合于使用”代替“完美无缺”的理论对进行裂纹的安全性评定,评定结果含缺陷大板梁裂纹尖端的应力强度因子小于材料断裂韧性,SINTAP的评定点在评定曲线安全范围内,大板梁的裂纹缺陷不发生扩展,可安全服役。