煤烟气再循环燃烧颗粒物排放特性的实验研究

论文摘要

烟气再循环技术,被视为是未来减排电站锅炉CO2排放的一种有效方法。研究其污染物的排放特性,对于发展对应的污染物控制技术、完善烟气再循环燃烧系统有重要意义。本论文基于15 KW一维下行燃烧炉,开展了烟气再循环和空气燃烧两种工况实验,对比研究了两种工况下以颗粒物为主的污染物排放特性。研究发现,在保证炉温相近的条件下,由于烟气再循环燃烧一次风全部为循环烟气这种特定的一二次风配比的燃烧组织方式,导致了煤粉燃尽率下降4.6%,烟气中CO的浓度也有一定的增加。由于烟气再循环的累积效应以及烟气流量减小,烟气中NOX和SO2的浓度大幅增加,燃料氮和硫的转化率下降,这主要是由于烟气再循环过程中NOX与炉膛内煤粉的反应引起的。烟气再循环工况烟气中高浓度H2O和SO2有利于高钙飞灰的自体固硫。采用ELPI对颗粒物的排放浓度和粒径分布进行了测量,烟气再循环条件下PM10占总灰百分比高于空气工况。两种工况下排放PM10的粒径分布均呈双峰分布。烟气再循环条件下的亚微米区间峰值出现位置略向大粒径方向移动。这主要由于烟气再循环供风氧浓度高、烟气中CO2浓度以及CO浓度高所致。SEM结合EDX的观测发现烟气再循环PM10含有更多的焦炭和碳烟颗粒。采用ICP分析了颗粒物中的元素分布,发现两种工况下颗粒物中的次量元素和大部分痕量元素分布基本一致,但烟气再循环工况PM10中Se的含量要明显高于空气工况,这可能是由于再循环工况下烟气中水蒸汽含量较高,促进了SeO2与灰中CaO的反应。同样,水蒸汽浓度促进了布袋上积灰与SO2的反应。通过对烟气再循环燃烧污染物、尤其是颗粒物排放特性的研究,发现烟气再循环工况下颗粒物的控制技术可采用常规空气燃烧时的控制技术,但SO2的控制技术需要特别考虑。再循环烟气中的高SO2气氛会引起严重的腐蚀问题,对高硫煤必须采用高温脱硫技术。本课题的研究结果和运行经验可为后续研究和烟气再循环燃烧技术的完善提供重要支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 烟气再循环燃烧技术提出背景
• 1.1.2 烟气再循环燃烧技术简介
• 1.1.3 烟气再循环燃烧技术综合评价
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 烟气再循环燃烧技术研究现状
• 1.2.2 颗粒物生成机理研究现状
• 1.3 研究目标和研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 实验系统和实验方法
• 2.1 一维炉实验系统
• 2.1.1 给粉系统
• 2.1.2 燃烧器
• 2.1.3 炉本体
• 2.1.4 烟风系统
• 2.1.5 冷却水系统
• 2.1.6 控制系统
• 2.1.7 其它设备
• 2.2 一维炉实验操作流程
• 2.3 主要实验仪器
• 2.3.1 烟气分析仪
• 2.3.2 颗粒物采集系统
• 2.4 颗粒物样品分析仪器
• 2.4.1 颗粒物形貌分析设备
• 2.4.2 颗粒物痕量元素分析设备
• 2.5 实验煤粉特性
• 2.5.1 元素分析和工业分析
• 2.5.2 粒度分析
• 2.5.3 矿物分析
• 2.5.4 痕量元素组成
• 2.6 实验工况
• 2.6.1 工况设定
• 2.6.2 工况参数计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 烟气再循环燃烧颗粒物排放特性
• 3.1 实验工况基本参数
• 3.1.1 一维炉沿程温度分布
• 3.1.2 烟气成分及燃尽率
• 3.1.3 系统灰平衡
• 3.2 颗粒物浓度粒径分布
• 3.2.1 质量浓度粒径分布
• X占总灰的百分比特性'>3.2.2 颗粒物 PM_X占总灰的百分比特性
• i/PM₁₀、PM_X/PM₁₀和PM_X/PM_2.5特性'>3.2.3 颗粒物ΔPM_i/PM₁₀、PM_X/PM₁₀和PM_X/PM_2.5特性
• 3.3 两工况颗粒物排放特性对比分析
• 3.3.1 两工况颗粒物排放相似之处
• 3.3.2 两工况颗粒物排放不同之处
• 3.3.3 排放特性机理分析
• 3.4 测量数据重复性验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 烟气再循环燃烧颗粒物微观形貌与成分分析
• 4.1 引论
• 4.1.1 样品分析与处理方法
• 4.1.2 燃烧中颗粒物的形成与微观形态
• 4.2 颗粒物微观形貌和成分分析
• 10μm 颗粒物形貌及成分分析'>4.2.1 粒径1¹0μm 颗粒物形貌及成分分析
• 4.3 飞灰颗粒典型微观形貌和成分分析
• 4.3.1 单颗粒成分分析
• 4.3.2 飞灰颗粒典型微观形貌类型
• 4.4 本章小结
• 第5章 烟气再循环燃烧颗粒物中元素分布及富集规律
• 10中分布特性'>5.1 元素在PM₁₀中分布特性
• 5.1.1 元素分类
• 10 中质量含量分布特性'>5.1.2 次量元素在PM₁₀中质量含量分布特性
• 10 中质量含量分布特性'>5.1.3 痕量元素在PM₁₀中质量含量分布特性
• 10 中富集特性和规律'>5.2 痕量元素在PM₁₀中富集特性和规律
• 5.2.1 痕量元素相对富集因子
• 5.2.2 不同工况痕量元素富集特性
• 5.2.3 两工况下痕量元素富集特性差异原因分析
• 5.3 痕量元素排放浓度的粒径分布特征
• 5.4 两工况下硫的沿程分布规律
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 空气工况下元素含量粒径分布
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果