煤種對超細煤粉再燃還原NO效率的影響

第24卷第12期中國電機工程學(xué)報Vol.24 No.12 Dec.20042004年12 月Proceedings of the CSEE⑥2004 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章編號: 0258-8013 (2004) 12-0273-04中圖分類(lèi)號: TK12文獻標識碼: A學(xué)科分類(lèi)號: 470-20煤種對超細煤粉再燃還原NO效率的影響劉忠，閻維平，高正陽(yáng)，趙莉(華北電力大學(xué)，河北省保定市071003 )EFFECT OF COAL TYPE ON NO REDUCTION BY MICRO-PULVERIZEDCOAL REBURNINGLIU Zhong, YAN Wei-ping, GAO Zheng-yang, ZHAO Li(North China Elctric Power University, Baoding 071003, Hebei Province, China)ABSTRACT: Micro-pulverized coal reburming is a new and之一,可使NO,的排放濃度比未采取任何限制排放effective and promising technology that used in NOx control in措施時(shí)降低50%~60%左右”,基本可以滿(mǎn)足我國現coal-fired plants. Three types of coals are used as rebuming行的排放標準。采用再燃技術(shù)時(shí)，在爐膛內可以近c(diǎn)oal, and N2, O2, CO2, NO are mixed as simulate flue gas似的劃分為3個(gè)區域:主燃區(∞1)、 再燃區(a<1)effect of coal types on NO reduction by coal rebuming is和燃盡區(0>1)。再燃技術(shù)的本質(zhì)是用再燃燃料將在studied in an experimental entrained flow reactor. It is主燃燒區中生成的NO還原成N2。這種技術(shù)簡(jiǎn)單、indicated that more NO is reduced when coals contain morevolatiles are used as rebumning fuel. To the coals whose易行，初投資和運行費用比煙氣凈化技術(shù)低得多。composition is different too much, especially coals whose超細煤粉燃燒作為- -種新興的燃燒技術(shù)，具有volatiles content is different too much, efect of N content on穩燃效果好、燃燒效率高、NOx排放低、綜合經(jīng)濟NO reduction is covered by effect of volatiles content.性高等優(yōu)點(diǎn)(2。采用超細煤粉作為再燃燃料不僅可KEY WORDS: Thermal power engineering; Micro pulverized以提高再燃降低NOx 的效率[34，還可以降低飛灰coal; NO reduction by rebuming; Coal types; N content可燃物含量5)，減弱或消除飛灰在爐內受熱面.上的摘要:以三種煤質(zhì)差異較大的超細煤粉作為再燃燃料，用沉積與結渣現象6。因此，超細煤粉用于再燃技術(shù)N2、02、CO2、 NO配制模擬煙氣，在立式管式攜帶爐中，具有廣闊的應用前景。研究了煤種對再燃降低NO效率的影響。結果表明，在相同煤粉種類(lèi)是影響超細煤粉再燃降低NO效率的的條件下，揮發(fā)分越大的煤種再燃還原NO效率越高;對于重要因素之一。而有關(guān)這方面的研究大多以常規煤煤質(zhì)差異較大,尤其是揮發(fā)分含量差別較大的超細煤粉，其粉為再燃燃料7-),以超細煤粉作為再燃燃料深入含N量對再燃還原NO效率的影響將被揮發(fā)分的影響所掩系統地研究煤粉種類(lèi)對再燃還原NO效率的影響少蔽。見(jiàn)報道。本文以三種燃煤的超細煤粉作為再燃燃關(guān)鍵詞:熱能動(dòng)力工程;超細煤粉;再燃還原NO;煤種:料，用N2、02、CO2、NO配制模擬煙氣，在立式含N量管式攜帶爐中,通過(guò)實(shí)驗研究煤粉種類(lèi)對再燃降低1引言NO效率的影響。在燃煤粉鍋爐中生成的NO,中，主要是NO,2實(shí)驗系統及儀器設備約占95%，而NO2僅占5%左右，N2O等的量極少。實(shí)驗系統參見(jiàn)文[3]。以N2為平衡氣體,用02、NOx是主要的大氣污染物，也是形成酸雨的主要原CO2和NO等原料氣體按不同工況要求的比例計量因之一。據統計，我國大型常規燃煤電站鍋爐NOx配制中國煤化工實(shí)現定量給粉。 采的實(shí)際排放濃度范圍為500~2000mg/Nm'.采用煤粉再燃技術(shù)是控制燃煤電站NO,排放的有效方法用不銹TH剛玉管內燃燒產(chǎn)物，經(jīng)C.NM HC處理裝置后送入基金項目:國家電力公司科技攻關(guān)資助項0(00002- 16-03)●Fisher-Rosmount公司生產(chǎn)的MLT4型煙氣分析儀。274中國電機工程學(xué)報第24卷.取樣槍的位置根據停留時(shí)間變化。煙氣分析儀在使VarioelI型元素分析儀等設備測試了這三種超細用前采用標準氣體標定,所用測試儀器可以滿(mǎn)足實(shí)煤粉的煤質(zhì)分析數據。煤質(zhì)分析結果見(jiàn)表1。驗的精度要求。爐入口: CO2濃度為15%左右，NO為100ppm左右，02濃度分別為4%左右，以N2為平衡氣。給.3實(shí)驗工況粉量分別為1.457 g/min 和1.093 g/min, 對應的再實(shí)驗用3種原料煤粉取自電廠(chǎng)煤粉倉。將原煤燃燃料比分別為25%和20%。實(shí)驗溫度為1300C粉在實(shí)驗室的振篩機上進(jìn)行篩分，篩取45μm篩下和1200C，對應的實(shí)驗氣體控制流量為1.83m/hn煤粉裝瓶備用。采用德國元素分析系統公司生產(chǎn)的和1.95m2/n。表1煤質(zhì)分析結果Tab.1 The results of the coal-quality analysis元素分析1%工業(yè)分析1% _煤種_CaHsOnd_SasdAdWaVaa60.793.78716.280.6630.55113.04.9527.8大同煙煤56.773.5000.6801.99425.00.6423.3邢臺貧煤59.213.0548.001.0130.85326.81.0613.84實(shí)驗結果及分析煤粉再燃還原NOx過(guò)程包括揮發(fā)分的同相還4.1超細煤粉種類(lèi)的影響原反應和煤焦的異相還原反應。當停留時(shí)間較短實(shí)驗選用混煤(神華煙煤與準格爾褐煤,比例約時(shí)，以揮發(fā)分還原NO的同相反應為主。在再燃區1: 1)、 大同煙煤和邢臺貧煤等三個(gè)煤質(zhì)差別較大的內，煤粉顆粒首先發(fā)生熱解，釋放出揮發(fā)分。揮發(fā)煤種。分中的CH和HCN、NH;通過(guò)以下同相還原反應還圖1為45μm篩下三種超細煤粉在溫度1300C原N0Of12):和1200C，再燃燃料比25%和20%，氧濃度為4% .CH +NO +HCN+... .(1)條件下的再燃還原NO的實(shí)驗結果。從圖1可以看HCN+O，0H +N+...出，在相同的條件下，混煤再燃還原NO的效果最NH +NO→N2+...好，其次是大同煙煤，邢臺貧煤效果最差。這是由此外,還存在以下反應，與式(1)競爭性的消耗CH:于煤種本身的特性所致。CH +0- +CO+H+...100◆◆混煤0「◆淝煤80F■H大同煙煤樓60F4▲邢臺貧煤▲邢臺貧煤40一百40-會(huì )，of會(huì )20051哈)5停留時(shí)間/s80(細)溫度1300C， 再燃燃料比25%80 r(c)溫度1200C,再燃燃料比25%◆◆◆泥煤，■大同煙煤大同堖煤出40路40一 ▲邢臺貧煤2 20-o0.5停留時(shí)間.0is中國煤化土。(b)溫度1300C,再燃燃料比20%然料比20%圖1不同煤種再燃還原MHCNMHGFig.1 Test data on NO reduction by different coals reburning第12期劉忠等: 煤種對超細煤粉再燃還原NO效率的影響275在相同的再燃條件下，揮發(fā)分越大的煤種，產(chǎn)文的實(shí)驗條件下， 從總的效果來(lái)看，就出現了NO生的CH和NH、HCN也越多。根據式(1)~(3), CH還原效率隨煤粉含 N量的增加而降低的結果。和NH、HCN越多對再燃還原NO就越有利。從表1001可以看到，混煤的揮發(fā)分最高，其次是大同煙煤，30 t1300C邢臺貧煤揮發(fā)分最低。這種揮發(fā)分不同，是導致再燃還原NO效率不同的重要原因之一-。50 F1200C釋放出揮發(fā)分后形成的煤焦可以通過(guò)異相反40 t應還原NO,由于揮發(fā)分含量愈高的煤種其煤焦對NO的還原能力愈強3)，所以混煤煤粉釋放出揮發(fā)20.70.80.91.0 Nus%分后形成的煤焦具有更高的還原NO能力。(a) 再燃燃料比25%,停留時(shí)間0.8s100[因此，使用揮發(fā)分含量高的煤粉作為再燃燃料，對再燃降低NO的排放是有利的。80對于燃煤粉電站鍋爐，以煤作為再燃燃料的優(yōu)6o-、 1300C勢在于它的便利性，而且可以大大降低再燃系統的1200運行成本。但是，如果再燃煤粉的揮發(fā)分含量低,只40反應活性差，- 方面，NO的還原效率較低，NO.9.0Nw%排放仍然可能超標;另一方面，其著(zhù)火和燃盡性也(b)再燃燃料比20%,停留時(shí)間0.8圖2超細煤粉含 N量對再燃還原NO較差，在富燃料條件下進(jìn)行欠氧燃燒，再加之再燃效率影響的實(shí)驗結果燃料在爐內的停留時(shí)間相對較短，不完全燃燒損失Fig. 2 Effect of N content in coal on NO reduction by必然增大，降低鍋爐燃燒的經(jīng)濟性。因此，燃煤粉micro-pulverized coal reburning電站鍋爐選用揮發(fā)分含量高、反應活性大、容易著(zhù)因此，對于煤質(zhì)差異較大，尤其是揮發(fā)分含量火、燃盡快的超細煤粉作為再燃燃料總是有利的。差別較大的煤粉，其含N量對再燃還原NO效率的4.2 超細煤粉含N量對再燃還原NO效率的影響影響將被揮發(fā)分的影響所掩蔽。圖2是45μm篩下煤粉在1300C和1200C,再對于燃煤粉電站鍋爐,選用含N量較低的煤種燃燃料比25%和20%，氧濃度為4%條件下，超細作為再燃燃料要好一些。如果選用含N量高的煤粉煤粉含N量對再燃還原NO效率影響的實(shí)驗結果。作為再燃燃料,雖然在再燃區對再燃還原NO有利，從圖2可以看出，NO還原效率隨超細煤粉含N量但是，由于再燃區的停留時(shí)間相對較短，仍有一部的增加而減小。分含N的氣態(tài)中間產(chǎn)物和含N的煤焦進(jìn)入燃盡區，煤粉中的N在熱解時(shí)主要以HCN和NH的形由于燃盡區為富氧燃燒，過(guò)量空氣系數較大，這將式釋放號,根據式(2)~(3), HCN和NH;是再燃還原導致鍋爐出口NO濃度排放增加。NO的主要參與者，再燃條件下燃料N的增加應該5結論有利于再燃還原NO。Wendt 的研究也表明，再燃燃料中含N不是問(wèn)題，用煤粉再燃，HCN可以更(1)超細煤粉中的Had、Oa及揮發(fā)分按照混快的被破壞，而這是在富燃料區將NO還原為N2煤、大同煙煤、邢臺貧煤的順序依次降低。的關(guān)鍵的中間步驟[4。Hao Liu和Helmut9-101也發(fā)(2)在相同的條件下，混煤再燃還原NO的現燃料N對NO,的還原有正面影響。但是，從圖2效果最好，其次是大同煙煤，邢臺貧煤效果最差。的實(shí)驗結果來(lái)看, NO還原效率隨煤粉含N量的增這是因為一方面，揮發(fā)分越大的煤種，產(chǎn)生的揮發(fā)加而減小。這是因為:從表1來(lái)看，混煤的含N量分物質(zhì)越多，對再燃還原NO就越有利;另一方面，最低，其次是大同煙煤，邢臺貧煤最高，但是，在揮發(fā)分含量較高的煤種其煤焦對NO的還原能力越本文的實(shí)驗條件下，煤粉熱解時(shí)釋放CH;和HCN、強NH，其中CH;的量要遠大于HCN、NH;的量，這中國煤化工尤其是揮發(fā)分含量樣，揮發(fā)分中HCN和NH;對再燃還原NO的貢獻差別軋MYH.CNMHG對再燃還原NO效被CH;對再燃還原NO的貢獻所掩蔽。因此，在本率的影響將被揮發(fā)分的影響所掩蔽。這是因為:在276中國電機工程學(xué)報第24卷本文的實(shí)驗條件下，煤粉熱解時(shí)釋放CH和HCN.1968-1975.NH,其中CH的量要遠大于HCN、NH的量，這8) Maly, Peler M, Zamansty. a al. 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