初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和NOx排放的影响
实验研究氧浓度对柴油发动机燃烧和排放的影响
实验研究氧浓度对柴油发动机燃烧和排放的影响YAO MingFa†, ZHANG QuanChang, ZHENG ZunQin & ZHANG Pang引擎状态关键实验室，天津大学，天津300072，中国氧浓度的柴油引擎作用对燃烧和放射由实验调查。
入口氧浓度是通过调整二氧化碳控制的。
结果表示，非常煤灰和氮氧化物排放的低水平可以通过调整在氧浓度的低水平的射入压力、时间和升压力达到。
然而， CO和HC放射和燃料消费清楚地增加在氧浓度的低水平。
结果也表明氮氧化物排放强烈取决于氧浓度，而煤灰放射强烈取决于射入压力。
越来越少的氧浓度是控制氮氧化物排放的最有效的方法。
高射入压力是必要减少烟放射。
高射入压力可能也减少CO和HC放射和改进引擎效率。
随着进气压力的增加，氮化物和烟放射减少。
然而，使用适当的进气压力为了得到与高效率的低HC和CO放射是必要的。
柴油引擎，氧浓度，低温燃烧，放射1介绍虽然柴油引擎当前是最高效率的，实用能源厂可利用为地面交通，高氮化物缺点和粒状物质(PM)放射继续是关心的问题和研究。
为了遇见未来放射章程，同时减少氮化物和PM放射是挑战。
相当数量煤灰和从氮氧化物排放引擎依靠温度和混合物[1]。
在火焰高温，多不的芳烃(PAHs)，被认为煤灰前体，是氧化而不是形成变换成煤灰的种类。
最大煤灰含量可以在中间火焰温度找到，对PAHs形成和他们的变革是理想的对煤烟粒。
在低温火焰，氧化作用 PAHs是较不有效的，并且PAHs的生产高于在中间温度。
温度，然而，太低的以至于不能导致凝固 PAHs到沥青里和沥青的随后变革到煤灰里。
Alriksson和Denbratt计算了φ -煤灰的T地图和使用Senkin的没有集中与包括一个同源混合物的[2]代理人柴油的代码n烷和甲苯。
结果建议应该在大约2200 K之下保留地方燃烧温度避免没有低相等比率的集中。
在上流相等比率，进一步减少最大容许的温度避免变得必要煤灰形成。
锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响
锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响摘要：氮氧化物不仅具有严重的环境污染性，还会对人体的身体健康造成不可逆破坏。
本文就基于锅炉燃烧调整来减少氮氧化物排放。
关键词：锅炉燃烧；调整；氮氧化物前言随着国家对天然气资源利用的愈来愈加重视，天然气被广泛的应用于化工、热力、发电等行业。
天然气在燃烧过程中会生成氮氧化物(NOx，主要成分为NO与NO2)，而NOx作为一种大气污染物会给自然生态环境造成严重的破坏。
并且已有研究证明，NOx在光照条件下还会发生光化学反应，所生成的化学烟雾会对人的眼睛、鼻、喉等器官造成刺激，使人产生慢性支气管炎、鼻粘膜刺激、哮喘等疾病，严重的甚至会引发肺癌。
因此，国家环保已明确要求需切实减少NOx的排放量，以工业天燃气锅炉为例，在我国多个城市已经开始执行＜30mg/m3(标准)(换算到3.5%的氧气)的NOx排放标准。
在此背景下，围绕天然气锅炉低氮氧化物燃烧技术展开研究，设计出一种高效实用的低NOx燃烧器具有重要的现实意义。
1氮氧化物对人体的危害氮氧化物是一种毒性很强的气体，其在常温下呈现红褐色，并且具有刺激性气味。
当空气中的氮氧化物的含量超过5/106的时候，人体便可以闻到氮氧化物的刺激性气味，这时，氮氧化物便已经可以对人体造成危害。
而当在浓度为100/106的氮氧化物环境中生活0.5~1h 的时候，人便会因为肺水肿死亡。
现如今，已经发现的氮氧化物对人体的危害主要表现在以下3方面。
1.1对呼吸系统的危害氮氧化物在经由呼吸道进入人体以后，会生成硝酸（HNO3)和亚硝酸（HNO2)，这2种化合物在进入肺部以后，都将会腐蚀肺泡上皮细胞和毛细血管壁，致使人体肺部通透性增加;另外，氮氧化物还会损害人体肺部肺泡表面的活性物质，造成肺泡萎缩、肺泡压降低、肺泡液经由血管外渗等情况，这不仅会引起淋巴管痉挛，还会引起中毒性肺水肿，最终导致人体死亡。
需要注意的是，环境中的氮氧化物中毒一般属于慢性中毒，具有一段时间的潜伏期，并不会马上表现出对人体的影响，但在潜伏期过后，人体会突然发病并恶化，这时候就需要进行紧急抢救，若抢救不及时，便会威胁生命安全。
燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响
燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响发表时间：2019-03-27T16:01:53.763Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：尚海[导读] 摘要：目前，我国的科技发簪十分迅速，为研究燃烧调整对NOx排放和锅炉效率的影响，在330MW煤粉炉机组满负荷运行工况下，通过调整过量空气系数、SOFA风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角，测定了尾部烟道SCＲ入口A、B两侧的NOx排放浓度及其相关数据，并计算得到锅炉效率，研究了各因素对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。
（贵州黔东电力有限公司贵州省黔东南州镇远县 557702）摘要：目前，我国的科技发簪十分迅速，为研究燃烧调整对NOx排放和锅炉效率的影响，在330MW煤粉炉机组满负荷运行工况下，通过调整过量空气系数、SOFA风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角，测定了尾部烟道SCＲ入口A、B两侧的NOx排放浓度及其相关数据，并计算得到锅炉效率，研究了各因素对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。
结果表明，运行氧含量较低时能降低NOx浓度并保证较高的锅炉效率；倒塔配风的NOx排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约9.1%和7.8%，倒塔配风最低，正塔配风最高；锅炉效率随着SOFA风开度的减小呈先上升后下降趋势，而NOx浓度呈递增趋势；随着周界风开度的逐渐增大，锅炉效率先减小后增加，而NOx排放逐渐增大，周界风开度变化7%，锅炉效率变化1%左右；随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下降趋势，而NOx浓度呈下降趋势。
关键词：NOx排放；燃烧优化调整；锅炉效率；电站锅炉；过量空气系数；配风方式引言生物质是一种低碳清洁的可再生能源，气化作为生物质能转化利用的一条主要途径，正日益受到重视。
在我国降低散煤消耗以及提升生物质能利用规模的产业发展背景下，通过气化将生物质转化为低热值燃气后将其送入中小锅炉内燃烧供热已经成为工业锅炉去煤化一条重要途径；另一方面，生物质气化后将燃气送入大型煤粉锅炉混烧发电的技术路线也已成为发电行业关注的热点。
初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和NOx排放的影响
测点 炉膛高度 /m 实测值 / ℃ 计算值 / ℃ 相对误差 / %
1
23
1 570
1 610
2. 548
2
29
1 495
1 511
1. 07
3
36
1 388
1 360
2. 017
4
45
1 120
1 092
2. 5
4. 2 初始氧浓度对温度场的影响规律 不同工况下沿炉高方向截面平均烟气温度如图
4所示 。从图中曲线可以看到 ,各个工况下炉内温 度的变化规律基本一致 ,总体上是沿高度的增加快 速升高 。O2 /CO2 体积比为 21% /79%时炉膛的理 论燃烧温度较空气气氛下低 300 K左右 ,这是由于 烟气成分中大量 CO2 的存在使得辐射吸收系数以 及混合气氛下的比热容较空气气氛高 ,虽然辐射吸 收系数的增加在一定程度上可以加大火焰与壁面的 辐射换热 ,但远不如气相温度对辐射换热的影响大 , 因此 O2 /CO2 体积比为 21% /79%的工况下炉膛出 口烟气温度并不会比空气气氛下低太多 ;提高混合 气氛中 O2 /CO2 的体积比 ,炉内的火焰温度水平逐 渐提高 , O2 /CO2 的体积比为 30% /70%的工况与空 气燃烧的情况最为相近 。随着初始氧浓度的逐渐提 高 ,燃烧器区域之后炉内温度下降也较快 ,图 5为各 种工况下炉膛出口烟气温度比较图 ,由图可以看出 随着初始氧浓度的提高 ,炉膛出口烟温逐渐减低 ,在 40%O2 /60% CO2 气氛下炉膛出口烟温较空气气氛
1:空气气氛 ; 2: 21%O2 /79% CO2 ; 3: 30%O2 /70% CO2 ;
4: 35%O2 /65% CO2 ; 5: 40%O2 /60% CO2
锅炉“氧量”大小到底哪些影响
锅炉“氧量”大小到底哪些影响1、氧量控制对锅炉高温腐蚀和结渣的影响氧量控制过低时，会在锅炉水冷壁附近形成还原性气氛和含量很高的H2S气体，H2S对水冷壁的腐蚀非常强，会使Fe2O3保护膜破坏，使得管壁不断遭受腐蚀。
而灰分在还原性气体中灰熔融温度将大幅降低，易引起炉内结渣。
因此氧量控制过低会产生高温腐蚀和结渣的风险，对锅炉运行安全性造成影响。
为防止结焦结渣和水冷壁高温腐蚀，锅炉烟气中含量宜控制在120ppm以下。
烟气中含量与氧量、燃料种类和制粉系统运行方式都有密切的关系。
2、氧量控制对锅炉燃烧稳定性的影响锅炉燃烧的稳定性是安全运行的根基，煤粉射流主要是通过卷吸炉内高温烟气使自身温度达到着火温度后开始燃烧反应的，运行氧量过高，燃烧器区域炉膛温度明显降低，无论是对煤粉气流的辐射换热还是卷吸的对流换热都将减弱，煤粉气流着火条件恶化，燃烧稳定性下降，甚至会产生锅炉灭火的风险。
低负荷下更加突。
氧量控制对锅炉运行经济性的影响合理的风、粉配合是提高锅炉运行经济性的重要措施。
在一定范围内，运行氧量增加，可以改善燃料与空气的接触和混合，有利于完全燃烧，使可燃气体未完全燃烧热损失和固体未完全燃烧热损失降低。
但是运行氧量增大，会导致锅炉排烟烟气量增加，增大了排烟热损失。
运行氧量过大，还将使风机的电耗增加。
因此氧量控制对锅炉运行经济性影响很大，合理的运行氧量应使各项热损失之和为最小，锅炉热效率。
氧量的控制应在含量骤然升高的拐点右侧，也即锅炉热损失最小的区域。
3、氧量控制对SO2、NOx排放的影响氧量控制对锅炉燃烧生成的SO2、NOx影响很大，锅炉燃烧生成的总的SO2、NOx含量随氧量的增加而增加，因此高氧量运行对锅炉的SO2、NOx控制是不利的。
采用分级燃烧技术的锅炉，通过燃尽风的设置来降低烟气中SO2、NOx排放量，燃尽风的投入大小会对锅炉燃烧经济性产生影响。
在氧量一定的情况下，燃尽风投入过大将使主燃烧器区域缺风，影响煤粉的燃尽，降低锅炉热效率；燃尽风投入过小，达不到降低烟气中SO2、NOx排放量的目的。
电厂锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响
电厂锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响电厂锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响在现代工业生产中，电厂锅炉是主要的能源供应装置之一。
然而，电厂锅炉的运行过程中产生的废气排放给环境带来了很大的负担，尤其是氮氧化物（NOx）的排放。
因此，进行电厂锅炉燃烧调整以减少氮氧化物排放的研究变得尤为重要。
本文将探讨电厂锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响，并讨论相应的解决方案。
一、燃烧调整对氮氧化物排放的影响1. 燃烧调整的概念与意义燃烧调整是指通过改变燃料喷射、燃烧温度、燃烧空气及其分布等参数，来优化燃烧过程，从而减少废气的污染物排放。
在电厂锅炉燃烧过程中，燃烧调整对氮氧化物排放的影响至关重要。
2. 氮氧化物的生成机理氮氧化物是由燃料中的氮元素和空气中的氧气在高温条件下产生的一类有害气体。
主要的生成机理有热氧化机理和热反应机理两种。
3. 燃烧调整对氮氧化物排放的影响机制燃烧调整可以影响氮氧化物排放的主要机制包括：燃烧温度、氧气浓度、燃料中的氮含量以及燃烧过程中的混合程度等。
通过调整这些参数，可以降低燃烧温度、减少氧气浓度、降低燃料中氮含量，进而减少氮氧化物的生成与排放。
二、电厂锅炉燃烧调整的方法与技术1. 燃烧控制技术燃烧过程的温度和氧气浓度是影响氮氧化物排放的关键因素。
通过采用优化空气供应和燃料喷射系统、降低燃烧过程中的温度等燃烧控制技术，可以实现燃烧调整，从而减少氮氧化物排放。
2. SNCR技术选择性非催化还原（SNCR）技术是一种通过向燃烧过程中注入还原剂，使氮氧化物在高温下与还原剂发生反应生成无害氮气和水的技术。
SNCR技术在电厂锅炉燃烧调整中被广泛应用，可以有效降低氮氧化物排放。
3. SCR技术选择性催化还原（SCR）技术是一种通过催化剂将氮氧化物与还原剂在低温下催化反应，从而减少氮氧化物排放的技术。
SCR技术的应用已经成熟，被广泛应用于电厂锅炉的燃烧调整中。
三、电厂锅炉燃烧调整的效果与挑战1. 效果展示通过燃烧调整，电厂锅炉的氮氧化物排放量可以显著减少，达到环境排放标准要求。
锅炉中氧含量对烟气氮氧化物折算的影响
锅炉中氧含量对烟气氮氧化物折算的影响锅炉中的氧含量是影响烟气氮氧化物（NOx）折算的重要因素之一。
在锅炉燃烧过程中，空气中的氧和燃料中的氮发生反应生成氮氧化物。
氧含量越高，燃料中的氮与氧反应的可能性越大，从而产生更多的氮氧化物。
提高锅炉中氧含量可以降低烟气中的氮氧化物排放。
氮氧化物是一类有害大气污染物，对人体健康和环境造成严重危害。
烟气中主要的氮氧化物是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），也称为NOx。
这些氮氧化物不仅会对呼吸系统、心血管系统和免疫系统等健康造成损害，还会参与光化学反应生成臭氧和细颗粒物等二次污染物。
为了减少燃煤锅炉的烟气氮氧化物排放，一种常用的方法是通过折算将烟气中的NOx转化成其它不含氮的化合物，比如二氧化硫（SO2）。
折算是在锅炉燃烧过程中采用添加剂或调整燃烧条件，使一部分氮氧化物转化成不排放氮氧化物的化合物。
折算的目的是降低烟气中的氮氧化物浓度，达到环保排放的要求。
氧含量对烟气氮氧化物折算的影响是复杂的。
一方面，氧含量越高，燃烧温度越高，氮与氧反应的速率加快，使得更多的氮转化成氮氧化物。
氧含量越高，燃烧效率越高，燃料燃烧完全程度提高，从而减少了未完全燃烧的氮的量。
这两个因素相互作用，决定了氧含量对烟气氮氧化物折算的影响。
一般来说，当氧含量较低时，燃料中的一部分未完全燃烧的氮会排放为氨（NH3）。
在烟气中，氨可以与二氧化硫反应生成硫酸铵（NH4HSO4）。
在锅炉烟气净化过程中，可以通过脱硝装置去除烟气中的硫酸铵，从而达到减少氮氧化物排放的目的。
当氧含量较高时，燃料中的氮更多地转化为氮氧化物，而不是氨。
这使得脱硫和脱硝两个过程相互干扰，增加了烟气处理的难度。
锅炉中的氧含量对烟气氮氧化物折算有重要的影响。
适当调整氧含量可以降低烟气氮氧化物的排放。
提高氧含量也会增加燃烧温度，导致锅炉的能耗增加。
在实际应用中，需要综合考虑锅炉燃烧效率、能源消耗和排放控制的要求，选择合适的氧含量。
燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响——蔡培
1 试 验
1． 1 试验机组概况 本文 试 验 对 象 是 上 锅 生 产 的 SG - 1151 /
17． 5-M4008 亚临界参数汽包炉,采用自然循环、四 角切向燃烧,单炉膛,一次再热,平衡通风,锅炉紧身 封闭,室内布置,固态排渣,为全钢架悬吊结构 π 型 汽包锅炉,锅炉最大连续蒸发量 1 151 t / h。 制粉系 统采用中速磨煤机直吹式制粉系统,共设 5 台中速 磨煤机,其中 4 台运行,1 台备用。 空气预热器进风 加热方式、一次风和二次风系统均采用暖风器加热 系统,锅炉主要设计参数(设计煤种)见表 1。
收稿日期:2018-06-29;责任编辑:白娅娜 DOI:10. 13226 / j. issn. 1006-6772. 18062901 基金项目:中国国电集团公司科技项目( D2017Y006) 作者简介:蔡 培(1963—) ,男,安徽合肥人,高级工程师,硕士,主要从事电力试验检测研究。 E-mail:caipei3514@ 126. com 引用格式:蔡培,葛荣存,葛铭,等. 燃烧优化调整对 NOx 排放和锅炉效率的影响[ J] . 洁净煤技术,2018,24(5) :77-83.
( Key Laboratory for Clean and Efficient Coal-Fired Power Generation and Pollution Control,Guodian Science and Technology Research Institute,Nanjing 210023,China)
工业分析 / %
Mad
Aad
Vad
FCad
元素分析 / %
Cad
Had
Oad
Nad
Qnet,ad /
浅析锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响
浅析锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响摘要：锅炉在燃烧的过程中会产生氮氧化物，这些氮氧化物的排放对环境有着恶劣的影响。
我国环境问题也日益突出，而进行当氧化物的有效控制对环境保护具有积极的意义。
本文就通过分析锅炉燃烧的调整进行氮氧化物排放的控制。
关键词：锅炉燃烧；氮氧化物；燃烧调整氮氧化物的排放造成了大气污染，这不仅仅会污染环境，对人体的健康也存在非常大的危害。
此外，氮氧化物还不易进行处理，所以氮氧化物称为重点控制排放污染物之一。
通过进行锅炉燃烧的调整减少电厂污染物排放，尤其是氮氧化物的排放具有非常积极的意义。
1、氮氧化物生成机理在锅炉的运行过程中会产生多种形式的氮氧化物，其中包含一氧化氮、三氧化二氮、二氧化氮以及五氧化二氮。
这些产物通过两种方式产生，一种是燃烧的情况下空气中的氮与氧气发生反应，这种情况需要非常高的温度。
还有一种则是煤中的氮化物经高温与氧气反应生成氮氧化物[1]。
锅炉燃烧生成的氮氧化物生成量和锅炉的温度、供氧量、结构、燃烧设备等有着密切的联系。
由于氮氧化合物中含有氮元素与氧元素，两种元素都存在与空气中，且不轻易发生反应，所以锅炉燃烧生成NOX和燃料有着一定的关系。
从燃烧型氮氧化合物可得出NOX和燃料的含氮量有着密切的联系，氮含量越高，生成的化合物越多[2]。
另外，燃料中挥发分和固定碳之比也对NOX的生成量有一定的联系，当挥发分含量越高则NOX 浓度越低，所以该比值越高越好。
1.1快速型氮氧化物生成C、H原子会参与燃料的燃烧过程，这种情况下和氮气分子发生碰撞就会产生HCN化合物，然后其再经氧化生成一氧化氮、一氧化碳以及氢气[3]。
这个反应发生非常迅速，而且受到温度的影响较小，生成的氮氧化合物在量上也相对较少。
1.2热力型氮氧化合物的生成热力型氮氧化物生成条件为高温，反应原料则是空气中的氮气和氧气，这样发生的氧化反应生成了氮氧化物。
在NOX的生成量上，其受温度影响非常大，在低于一千摄氏度的情况下，燃烧区域生成的产物含量较小。
锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响
锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响近年来我国环保排放标准逐渐趋严，在燃煤电厂排放的大气污染物中，氮氧化物（氮氧化物）因为对生态环境会造成严重破坏，所以成为火电厂重点控制排放指标之一。
因此，通过对锅炉燃烧调整来减少燃煤电厂氮氧化物的排放污染物刻不容缓。
本文主要对燃煤锅炉氮氧化物生成机制的三种类型进行了介绍，结合超临界锅炉在运行中脱硝入口氮氧化物偏高的因素逐项进行研究分析，对火电厂节能减排有一定的参考价值。
标签：氮氧化物;燃烧调整;配风1氮氧化物的生成机制煤粉在燃烧过程中会生成三种类型的氮氧化物：一是热力型氮氧化物，热力型氮氧化物是空气中的氮气与氧气在高温下反应生成的。
温度对热力型氮氧化物的生成具有决定性作用。
随着温度的升高，并且达到1500℃以上时，热力型的氮氧化物生成速度迅速增大，热力型氮氧化物占到总生成量的25%～35%。
二是燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化而生成的。
当燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600～800℃时，就会产生燃料型氮氧化物，而且燃料型氮氧化物生成不仅与火焰附近氧浓度有关，还与燃烧温度相关。
一般燃料型氮氧化物占到总生成量的75%～90%。
三是快速型氮氧化物，快速型氮氧化物是燃料在燃烧时，空气中的氮和燃料中的碳氢离子团（如HC）反应生成，其转化率取决于空气过剩条件和温度水平。
与热力型和燃料型氮氧化物的生成量相比，快速型氮氧化物的生成量要少很多。
氮氧化物的危害性主要如下图所示。
2影响氮氧化物生成的因素及分析2.1过量空气系数（O2）氧量与氮氧化物之间的运行曲线图1所示，发现随着锅炉氧量的升高，脱硝入口氮氧化物也随之增加，锅炉氧量降低，脱硝入口氮氧化物也随之降低。
这是因为，富氧燃烧可以使煤粉充分燃烧，有效降低化学不完全燃烧损失，但是由于炉内主燃烧区域的氧量增多，锅炉燃烧加强，炉膛火焰中心温度升高，热力型氮氧化物排出量增加。
随着炉内O2增多，燃料中的氮化合物与大量的O2发生反应进而产生大量的燃料型氮氧化物。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 1为模拟某电厂 300 MW 四角切圆燃烧锅炉 炉膛和燃烧器各层喷口布置情况 。配 6 台 ( 1 台备 用 )中速磨直吹制粉系统 ,每角燃烧器为 6 层一次 风喷口 ,顶部独立布置燃尽风风口 。燃烧器上下摆 动摆角为 ±30°,炉膛中心形成直径为 900 mm 的逆 时针切圆 。该锅炉所燃褐煤煤种的工业分析和元素 分析如表 1所示 。
阎维平 ,米翠丽 ,李皓宇
(华北电力大学 电站设备状态监测与控制教育部重点实验室 ,河北 保定 071003)
摘 要 :针对某电站 300 MW 燃 煤 锅 炉 , 基 于 专 门 开 发 的 CFX - TASCFLOW 软件平台 ,将额定负荷下空气气氛 、不同 初始氧浓度 < (O2 = 21%、30%、35%、40% ) 的 O2 /CO2 气 氛 ,共五种工况下的炉内流动 、燃烧及污染物生成进行了数 值模拟 。计算结果表明 : O2 /CO2 燃烧方式下 ,炉膛出口烟气 中 CO2 的浓度均可达到 90%以上 ,便于 CO2 的回收 ;随着初 始氧浓度的增大 ,炉内的火焰温度提高 ,沿炉膛高度方向温 度的降低幅度增高 ,炉膛出口烟气温度降低 , NO x的生成量 小于空气气氛 ;飞灰可燃物在初始氧浓度为 21%时最高 ,在 初始氧浓度增至 30% ～40%时 ,飞灰可燃物大幅度下降 ; 30%的初始氧浓度是比较合理的富氧燃烧浓度 。
图 3 NO 反应机理
图 2 计算区域网格生成
2 计算模型
2. 1 流动与燃烧模型 计算 区 域 为 冷 灰 斗 至 炉 膛 出 口 , (如 图 1 所
示 ) 。网格划分使用 ICEM 软件 ,最终生成 840 909 个网格 ,如图 2所示 。数值模拟采用三维稳态计算 , 湍流气相流动采用 k - ε双方程模型 ,在近壁面处采 用 log - law壁面函数法处理 ,燃烧反应采用多步涡 团耗散模型 ,颗粒项采用拉格朗日颗粒轨道模型 ,辐 射传热采用扩散模型 ,计算区域内的速度 、温度 、氧 浓度 、NO 浓度 、CO 浓度收敛标准为残差小于 10 - 4。
Sar
数值 36. 28 2. 64 10. 11 0. 63 0. 35
生成 NHi (反应 2 ) 。 HCN 氧化生成 NHi (反应 3 ) , NHi 若被氧化则生成 NO (反应 4) 。N2 可直接氧化 为热力型 NO (反应 5 ) 。已生成的 NO 可通过反应 6、7、8 分别与 CHi , NHi 和 煤焦 反应 , 被还 原成 为 N2 。
第 2期
阎维平 ,等 :初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和 NO x排放的影响
·217·
表 1 煤的工业分析和元素分析
工业分析 / %
数值
元素分析 / %
Mar
32. 1
Car
Aar
17. 89
Har
Var
24. 7
Oar
FCar
25. 31
Nar
Q ne.t ar / kJ ·kg - 1
13 290
TSACFLOW - CFX /COALF IRE是结合四角切圆 煤粉锅炉燃烧环境下 NO x 的生成特点而开发设计 的 ,很详细地考虑四角切圆锅炉的结构细节 [ 6～9 ] ,计
算模型精细化程度较高 ,其预测的各主要参数的变 化趋势能够满足实际燃烧运行调整的需要 。本研究 针对某电站 300 MW 燃煤锅炉 ,基于 CFX - TASC2 FLOW 软件平台 ,将额定负荷下空气气氛 、不同初始 氧浓度 < (O2 = 21%、30%、35%、40% ) 的 O2 /CO2 气氛 ,共五种工况下的炉内流动 、燃烧及污染物生成 进行数值模拟 ,分析初始氧浓度对 NO x 排放量及燃 尽效率的影响规律 , 为现有燃煤电站锅炉中采用 O2 /CO2 燃烧方式的锅炉燃烧器设计提供参考依据 。
4 模拟结果与分析
4. 1 计算结果与实验结果比较 为了验证计算模型的准确性 ,将空气燃烧方式
下的计算结果与实验结果进行了对比 。采用抽气热
·218·
热能动力工程
2010年
电偶对炉内烟温的 4 个不同位置处进行了测量 ,实 测烟温与相应位置计算温度对比如表 3所示 。经过 对比 , 4 个测点处计算值与测量值相对误差均小于 3%。可以看出 ,计算结果与实测结果间确有误差 , 但计算模型中对不同部位炉墙的边界条件的设定并 不能完全和实际运行条件相同 ,因此计算误差的产 生是难以避免的 ,但产生的误差可以为工程应用所 接受 ,这表明计算所采用模型以及边界条件和入口 条件的设定是合理的 。
图 1 炉膛及燃烧器结构图
收稿日期 : 2009 - 02 - 19; 修订日期 : 2009 - 06 - 03 基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863计划 )基金资助项目 (2009AA052310). 作者简介 :阎维平 (1955 - ) ,男 ,湖南衡阳人 ,华北电力大学教授 、博士生导师.
2. 2 NO 生成模型 NO 生成模型分为 :热力型 NO、快速型 NO 和燃
料型 NO 生成模型 ,其反应机理如图 3所示 ,反应 1、 2为燃料 N 的释放反应 , 3、4、5为 NO 生成反应 , 6、 7、8为 NO 还原反应 。燃料型 NO 是由燃料 N 生成 的 。在煤 粉 炉 中 , 燃 料 型 NO 可 占 总 NO 生 成 的 75% ～95% ,热力型和快速型 NO 主要由空气中的 氮气氧化而来 。燃料 N 在煤颗粒升温热解过程中 , 一部分成为挥发份 N 随挥发份释放 ,直接生成 HCN (反应 1) ,一部分成为焦炭 N 随煤焦燃烧释放 ,直接
关 键 词 :电站 锅 炉 ; 火 焰 温 度 ; 氧 浓 度 ; O2 /CO2 气 氛 ; NO x;数值模拟
中图分类号 : TK224. 1; X701. 7 文献标识码 : A
引 言
目前 ,对 NO x 排放的研究主要集中在针对 NO x 释放的控制技术方面 ,如再燃技术 、SCR 和 SNCR 技 术等 。O2 /CO2 燃烧方式 (又称为“富氧燃烧 ”)不仅 能把 CO2 浓度提升到 90%以上 ,还能大幅度地减少 SO2 和 NO x 的排放 , 实现污染物的一体化协同脱 除 [ 1～2 ] 。国内外学者对燃煤 O2 /CO2 气氛下 NO x 生 成与排放规律的研究主要基于实验装置 ,由于实验 条件局限在煤粉堆积状态及 700 ～1300 ℃下 [ 3～5 ] , 因而锅炉的内部燃烧过程与这些实验环境有很大的 差距 。据此利用数值计算方法 ,了解炉内过程 ,全面 模拟炉内的湍流流动 、传热 、燃烧和污染物释放规律 等是很有必要的 。
在 O2 /CO2 燃烧方式下 ,助燃气氛中没有 N2 的 存在 , NO 的生成主要来源于燃料 。此时 , NO 的排 放特性除了受过量空气系数 、反应温度 、炉内停留时 间的影响外 ,另外一个重要的影响因素就是 O2 /CO2 的体积比 。不同 O2 /CO2 配比下 NO 的生成和还原 较空气气氛下有较大的区别 , O2 /CO2 燃烧方式下 , 烟气成分的不同使得上述各反应的反应速率发生变 化 ,大量的 CO2 会在燃烧开始时与碳发生还原反 应 ,生成较高含量的 CO ,虽然单纯煤焦还原 NO 的 能力有限 ,但在高温下 , CO 对煤焦与 NO 间的反应 有显著的催化作用 ,使图 3中反应 7的速度加快 。
3 ห้องสมุดไป่ตู้算工况
表 2为各工况数值模拟汇总表 ,各工况燃煤量 均与空气燃烧方式保持一致 ,输入氧量满足燃烧化 学当量比 1. 2,考虑到输送煤粉的需要 ,工况四 、五 的一次风量与工况三保持一致 。另外 ,工况四 、五由 于总风量的减少 ,在一次风量保持与工况三一致的 情况下 ,二次风量较标准工况 (工况一 )降低很多 , 为保持二次风的刚性 ,最上面一层燃烧器不再投入 。
第202150卷年第3
2期 月
热
能
动
力
工
程
JOURNAL OF ENGINEER ING FOR THERMAL ENERGY AND POW ER
Vol. 25, No. 2 M ar. , 2010
文章编号 : 1001 - 2060 (2010) 02 - 0216 - 05
初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和 NOx排 放的影响
35%O2 /65% CO2 72. 6 185. 9 109. 5 136. 4 59. 4
40%O2 /60% CO2 72. 6 149. 7 109. 5 103. 5 59. 4
下降低约 70 K,这说明随着初始氧浓度的增大炉膛 内的辐射换热增强 。
图 4 截面平均温度沿炉膛高度的变化
表 3 计算结果与实测值比较
测点 炉膛高度 /m 实测值 / ℃ 计算值 / ℃ 相对误差 / %
1
23
1 570
1 610
2. 548
2
29
1 495
1 511
1. 07
3
36
1 388
1 360
2. 017
4
45
1 120
1 092
2. 5
4. 2 初始氧浓度对温度场的影响规律 不同工况下沿炉高方向截面平均烟气温度如图
4所示 。从图中曲线可以看到 ,各个工况下炉内温 度的变化规律基本一致 ,总体上是沿高度的增加快 速升高 。O2 /CO2 体积比为 21% /79%时炉膛的理 论燃烧温度较空气气氛下低 300 K左右 ,这是由于 烟气成分中大量 CO2 的存在使得辐射吸收系数以 及混合气氛下的比热容较空气气氛高 ,虽然辐射吸 收系数的增加在一定程度上可以加大火焰与壁面的 辐射换热 ,但远不如气相温度对辐射换热的影响大 , 因此 O2 /CO2 体积比为 21% /79%的工况下炉膛出 口烟气温度并不会比空气气氛下低太多 ;提高混合 气氛中 O2 /CO2 的体积比 ,炉内的火焰温度水平逐 渐提高 , O2 /CO2 的体积比为 30% /70%的工况与空 气燃烧的情况最为相近 。随着初始氧浓度的逐渐提 高 ,燃烧器区域之后炉内温度下降也较快 ,图 5为各 种工况下炉膛出口烟气温度比较图 ,由图可以看出 随着初始氧浓度的提高 ,炉膛出口烟温逐渐减低 ,在 40%O2 /60% CO2 气氛下炉膛出口烟温较空气气氛