生物质掺煤混烧氮析出规律及再燃脱硝特性试验研究

论文摘要

我国能源消费以煤为主,大气污染属煤烟型。随着经济的发展,燃煤量急剧增加,环境污染日益严重。氮氧化物是燃煤产生的主要污染物之一,近年来氮氧化物排放逐渐受到重视。生物质作为一种清洁能源日益受到各国的极大关注。但是生物质运输成本高,较难实现对大规模电厂的长期供应。目前,生物质与煤共燃是利用生物质的主要方式。生物质与煤共燃可以分为不分级燃烧和分级燃烧。不分级共燃可以降低氮氧化物排放,但是对于导致排放降低的原因存在较多观点。分级燃烧即生物质再燃,具有较高的再燃效率,但是由于生物质具有水分含量高、氯含量高、灰熔点低等特点,对锅炉操作和运行存在一定负面影响。本文采用静态燃烧实验系统研究生物质与煤共燃氮氧化物排放特性,分析氮氧化物排放降低的原因,考察炉温和混合比例等参数对NO排放的影响;采用再燃脱硝实验台,进行煤粉、生物质、生物质混合煤粉的再燃试验,考察生物质与煤混合是否可以作为一种有效的再燃燃料使用,分析生物质与煤混和对还原NO是否具有协同增效作用,考察温度、过量空气系数等因素对再燃还原效果的影响规律。在静态燃烧实验台上对生物质、煤以及生物质与煤混合燃烧过程中NO排放规律进行了研究。生物质单独燃烧时,其NO排放曲线为单峰;煤粉单独燃烧时,不同温度下表现出不同的趋势,800℃-1000℃,其NO排放曲线为双峰,1100℃-1200℃下其NO排放曲线为单峰,峰的下降阶段,曲线平缓。生物质与煤混合燃烧时,在800℃与900℃、1000℃与1100℃、1200℃下,NO排放曲线分别呈三峰趋势、双峰趋势和单峰趋势。当温度处于800-1200℃时,生物质与煤混合燃烧、煤与生物质单独燃烧、挥发分分解燃烧,NO转化率均随着温度的升高先升高后降低,在1000℃时达到最大值。焦炭分解燃烧时NO转化率随温度的升高而降低。与焦炭相比,挥发分对NO生成的贡献大,并且随温度的升高挥发分对NO生成的贡献逐渐增大。与煤相比,生物质的NO转化率低,生物质掺混煤粉介于掺混的生物质和煤粉之间,随生物质掺混比例的增大,NO转化率逐渐降低。生物质与煤混和燃烧时,由于生物质NO转化率低而对总体NO转化率起“稀释”作用。同时生物质与煤在燃烧过程中相互影响,存在一定的协同作用降低NO排放,但只在较低温度800-900℃有较明显的作用,随着温度的升高这种作用越来越弱在再燃脱硝实验台上对生物质、煤、以及生物质混煤作再燃燃料的再燃还原效果进行了比较。试验结果表明,生物质和褐煤再燃还原效果较好,贫煤的再燃还原效果较差,生物质掺混煤粉的再燃还原效果介于掺混的煤和生物质之间。煤与生物质混合作再燃燃料存在协同增效作用。掺加同一种生物质对挥发分含量高,灰分中碱金属含量高的低阶煤影响较小,而对挥发分含量低,灰分碱金属含量低的高阶煤影响较大。同一种煤,掺入灰中金属氧化物含量高的生物质,对再燃脱硝的催化作用更强。生物质掺混比例较低时,生物质与煤混合再燃主要体现煤的性质;生物质掺混比例较高时,则主要体现生物质的性质。生物质混煤再燃,随着生物质掺混比例的增加,还原效率提高。当掺混比例小于20%时,还原效率增长缓慢,大于20%后,还原效率增长较快。通常随着过量空气系数的增加,再燃还原NO效率降低。棉秆再燃时,还原效率在过量空气系数为0.7时达到最佳,麦秆、褐煤等在过量空气系数为0.6时达到最佳。再燃区温度对再燃还原效果的影响较为明显。高温有利于再燃还原NO,但是温度大于1000℃,继续升温对再燃还原效果的提高影响较小。通常再燃燃料粒径越小,再燃还原效果越好。但是粒径变化对生物质再燃影响较小,对煤粉再燃影响较大。随着再燃比的增加,NO的还原效率增大。再燃比从10%增长到20%时,还原效率提高较大,再燃比从20%增长到30%时还原效率增长较小。再燃区停留时间越长,再燃还原NO效率越高,但是并不是以线性趋势增加的。停留时间大于0.8s后,还原效率增长缓慢。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 2. 燃料氮释放机理及再燃反应机理研究
• 2.1 煤和生物质中氮的存在形式
• 2.2 含氮先驱产物的生成机理及影响因素分析
• X前驱产物生成机理'>2.2.1 NO_X前驱产物生成机理
• X前驱产物生成主要因素分析'>2.2.2 影响NO_X前驱产物生成主要因素分析
• 2.3 NO的生成机理
• 2.4 再燃反应机理
• 2.4.1 挥发分还原NO的反应机理
• 2.4.2 焦炭还原NO的反应机理
• 2.5 本章小结
• 3. 生物质掺煤混烧氮析出规律
• 3.1 试验系统及方法
• 3.1.1 试验系统
• 3.1.2 实验物料的制备与特性
• 3.1.3 试验方法
• 3.1.4 试验数据处理方法
• 3.2 试验结果与分析
• 3.2.1 不同燃料燃烧氮析出特性曲线的分析
• 3.2.2 挥发分N和焦炭N对NO生成贡献的比较
• 3.2.3 温度对NO转化率的影响
• 3.2.4 燃料种类对NO转化率的影响
• 3.2.5 生物质掺混比例对燃料NO转化率的影响
• 3.3.6 生物质与煤共燃降低NO排放的原理
• 3.3 本章小结
• 4. 煤/生物质/煤与生物质混合再燃还原NO的试验研究
• 4.1 再燃脱硝试验系统与试验工况
• 4.1.1 实验系统
• 4.1.2 模拟烟气的制取
• 4.1.3 给粉系统
• 4.1.4 沉降炉与电源及温控系统
• 4.1.5 烟气取样和分析系统
• 4.1.6 实验物料与实验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 燃料种类对再燃还原NO效率的影响
• 4.2.2 空气过量系数对再燃还原NO效率的影响
• 4.2.3 温度对再燃还原NO效率的影响
• 4.2.4 再燃比对再燃还原NO效率的影响
• 4.2.5 再燃燃料细度对再燃还原NO效率的影响
• 4.2.6 再燃区停留时间对再燃还原NO效率的影响
• 4.3 本章小结
• 5. 生物质混煤协同促进再燃脱硝的研究
• 5.1 煤与生物质之间协同脱硝的机理分析
• 5.2 生物质灰成分对生物质与煤混合再燃还原NO效率的影响
• 5.3 煤种对生物质与煤混合再燃还原NO效率的影响
• 5.4 生物质掺混比例对生物质与煤混合再燃还原NO效率的影响
• 5.5 本章小结
• 6. 全文总结及建议
• 6.1 全文总结
• 6.2 创新点
• 6.3 对今后工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表