水煤浆再燃降低NO_x排放的机理与试验研究

论文摘要

再燃降低NOx排放技术是一种有效的氮氧化物控制手段，其作用效果与再燃燃料的选取直接相关，水煤浆的再燃应用拓宽了再燃燃料的选择范围，不论在经济性或高效性上均更具优势，本文即围绕这一燃料及其特点展开全面研究，内容涵盖与水煤浆脱硝能力提高相关的燃料特性分析、再燃动力学分析和再燃应用分析，等，籍此获得对水煤浆和再燃技术本身的进一步了解。 煤粉制浆后N物质挥发效应的增强和煤焦反应比表面积的改善是促进水煤浆高效脱硝的主要原因。热解试验揭示，水煤浆焦炭N（Char-N）、NH3-N比例较煤粉含量低，焦油N（Tar-N）、HCN-N和N2，etc等诸物质的比例则较之略高，温度、燃料特性、煤浆浓度和受热时间对N物质分配均有影响。BET和DR表面测试证实了煤浆焦比表面积的增大效果和微孔结构增多现象。 热天平用于煤（水煤浆）焦异相再燃作用研究后，所获得的样品随温度失重特性方便了再燃作用历程分析和规律把握，试验揭示：煤焦／NO作用具有分段进行的特性，制浆可以促进煤焦的异相还原优势，煤灰组份是造成反应分段的主要因素。试验动力学数据表明煤焦异相还原NO在低温阶段具有较低的活化能，而在高温阶段有较高的活化能。 水、煤粉和水煤浆的再燃区反应特性研究证明水份不单独具有明显的脱硝效果，水煤浆由于兼具煤粉和水份的作用优势而在再燃过程中表现出较高的脱硝能力。受挥发份析出峰值条件影响，水煤浆再燃效果在过量空气系数0.9时出现强势，适当提高再燃区温度、减少水煤浆浓度和降低燃料粒径颗粒有利促进脱硝效果，不同金属添加剂的脱硝催化效应相异。 0.25MW热态炉应用试验就水煤浆再燃效果进行了系统研究，证实水煤浆再燃技术可以有效降低锅炉排烟NOx浓度，水煤浆再燃应用效果与主燃区过量空气系数、再燃区过量空气系数、再燃燃料百分比、再燃燃料投入位置、再燃燃料输送动量、锅炉负荷等有关，目前应用水煤浆再燃技术后可获得的锅炉最高脱硝率约81％。 数值模拟是减少人工、缩短研究周期、方便预测和检验再燃效果的有效方法，本文所建立的水煤浆再燃模型较准确地反映了实际炉内状况，并提供有效预测、指导功能。 2.11MW燃煤四角炉煤粉再燃试验验证了再燃技术的普遍适用性，并就再燃对炉内燃烧状况的影响作全面分析：再燃技术的应用将一定程度改变炉内温度场，主要烟气成份如NOx、CO、SO2的排放有不同程度

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 氮氧化物的危害
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 NOx控制技术
• 1.2.2 再燃技术原理及燃料的选择
• 1.2.3 存在的主要问题
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 再燃用水煤浆若干燃料特性研究
• 2.1 水煤浆燃料N挥发特性研究
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 试验步骤
• 2.1.4 试验燃料特性
• 2.1.5 煤粉和水煤浆燃料N挥发特性差异
• 2.1.6 温度对燃料N挥发特性的影响
• 2.1.7 水份对水煤浆燃料N挥发特性的影响
• 2.1.8 粒径对燃料N物质挥发的影响
• 2.1.9 燃料特性对燃料N物质挥发的影响
• 2.1.10 停留时间对燃料N物质挥发特性的影响
• 2.2 水煤浆燃料的颗粒特性研究
• 2.2.1 试验设备及原理简介
• 2.2.2 煤粉、煤焦和水煤浆焦的比表面积比较
• 2.2.3 煤粉、煤焦和水煤浆焦的孔隙特性
• 2.2.4 煤粉、煤焦和水煤浆焦的微粒吸附能
• 2.2.5 粒径引起的比表面积和孔隙特性差异
• 2.3 本章小结
• 第三章 水煤浆（煤）焦还原NOx的异相作用特性和动力学分析
• 3.1 试验装置及样品
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 试验样品
• 3.2 TG／DTG试验结果与分析
• 3.2.1 焦／NO异相作用的TG／DTG分析
• 3.2.2 煤焦／NO和水煤浆焦／NO异相作用的差异
• 3.2.3 不同煤种焦／NO异相作用的差异
• 3.2.4 煤灰对焦／NO异相作用的影响
• 3.3 煤（水煤浆）焦／NO异相作用动力学分析
• 3.3.1 煤焦／NO异相作用的动力学理论基础
• 3.3.2 煤（水煤浆）焦／NO异相作用的动力学分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 再燃区水煤浆脱硝作用的机理试验研究
• 4.1 试验装置及试验方法
• 4.1.1 试验装置
• 4.1.2 试验方法和步骤
• 4.2 试验结果和分析
• 4.2.1 水、煤粉和水煤浆的再燃区脱硝表现
• 4.2.2 过量空气系数的影响
• 4.2.3 煤粉粒径的影响作用
• 4.2.4 再燃区温度的影响
• 4.2.5 水煤浆浓度的影响
• 4.2.6 金属添加物的催化作用
• 4.3 本章小结
• 第五章 0.25MW试验炉水煤浆再燃降低NOx排放的试验研究
• 5.1 试验系统和装置
• 5.1.1 试验系统
• 5.1.2 水煤浆的制备和水煤浆燃烧器的设计
• 5.1.3 试验的启动
• 5.2 水煤浆再燃试验
• 5.2.1 试验方法和规划
• 5.2.2 水煤浆与煤粉、水的再燃效果比较
• 5.2.3 再燃比对再燃脱硝效果的影响
• 5.2.4 主燃区过量空气系数对再燃脱硝效果的影响
• 5.2.5 再燃区过量空气系数对再燃脱硝效果的影响
• 5.2.6 水煤浆喷入位置对再燃脱硝效果的影响
• 5.2.7 锅炉负荷对再燃脱硝效果的影响
• 5.2.8 再燃燃料输送动量对再燃脱硝效果的影响
• 3的释放特性'>5.2.9 再燃条件下燃料HCN和NH₃的释放特性
• 5.3 本章小结
• x排放的数值模拟'>第六章 水煤浆再燃降低NO_x排放的数值模拟
• 6.1 模型的选择和确立
• 6.1.1 湍流模型的选择
• 6.1.2 气相湍流燃烧模型
• 6.1.3 煤粒运动
• 6.1.4 煤的挥发份析出模型
• 6.1.5 焦炭燃烧模型
• 6.1.6 颗粒辐射换热模型
• 6.1.7 NO生成模型
• 6.1.8 再燃机制
• 6.2 计算域技术参数
• 6.3 计算结果与分析
• 6.3.1 基础工况计算结果
• 6.3.2 再燃工况计算结果
• 6.4 模型的预测应用
• 6.4.1 水煤浆浓度在再燃应用中的影响预测
• 6.4.2 成浆煤粉粒径在再燃应用中的影响预测
• 6.5 本章小结
• 第七章 再燃技术对锅炉燃烧特性影响的试验研究
• 7.1 试验装置及试验方案
• 7.1.1 试验装置
• 7.1.2 试验用煤种煤质分析及试验方案
• 7.2 试验结果及分析
• 7.2.1 再燃技术应用对锅炉内部温度的影响
• x排放的影响'>7.2.2 再燃技术应用对锅炉NO_x排放的影响
• 7.2.3 再燃技术应用对锅炉CO排放的影响
• 2排放的影响'>7.2.4 再燃技术应用对锅炉CO₂排放的影响
• 2排放的影响'>7.2.5 再燃技术应用对锅炉SO₂排放的影响
• 7.2.6 再燃技术应用对锅炉燃尽率的影响
• 7.3 再燃技术的多种污染物控制效果
• 2O排放控制的影响'>7.3.1 主燃区过量空气系数对CO和N₂O排放控制的影响
• 2O排放控制的影响'>7.3.2 再燃区过量空气系数对CO和N₂O排放控制的影响
• 2O排放控制的影响'>7.3.2 再燃比对CO和N₂O排放控制的影响
• 7.4 本章小结
• 第八章 全文总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.1.1 主要研究内容及结果
• 8.1.2 创新及成果
• 8.2 工作展望
• 参考文献
• 附录：作者攻读博士学位期间的主要成果
• 致谢