第27卷第5期中國電機工程學報Vol27 No5 Feb, 2007Proceedings of the cseeC2007 Chin. Soc. for Elec Eng文章編號:0258-8013(2007)05-0067-04中圖分類號:TK16文獻標識碼:A學科分類號:47020影響水煤漿再燃效果的主要因素研究孟德潤,趙翔,楊衛(wèi)娟,周志軍,劉建忠,周俊虎,岑可法(能源清潔利用國家重點實驗室(浙江大學),浙江省杭州市310027)Influence of Coal Water Slurry Reburning on Nor ReductionMENG De-run, ZHAO Xiang, YANG Wei-juan, ZHOU Zhi-jun, LIU Jian-zhong, ZHOU Jun-hu, Cen Ke-fa(State Key Laboratory of Clean Energy Utilization(Zhejiang University), Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China)ABSTRACT: Coal water slurry can be used as reburning fuel關(guān)鍵詞:再燃;水煤漿;NO:;過量空氣系數(shù),燃燒to reduce the NO emission in large scale station boiler. In ordero study the reburning effect and influence, experiments were0引言done on a 670t/h CwS-fired boiler with reburning fuel fraction在化石燃料燃燒過程中,排放岀大量的污染性varying from 12.5% to 25%0; reburning zone excess air ratio氣體,其中的NO因引起酸雨、光化學煙霧和破壞varying from 0.91 to 1.04; primary combustion zone excess air臭氧層等危害,受到人們的廣泛關(guān)注。近年來研究ratio varying from 0.92 to 1. 34. The influence on NO, reduction開發(fā)了許多控制NO排放的技術(shù)如:空氣分級、低on, reburning zone excess air ratio.primary combustion zone excess air ratio in reburning zone asNO3燃燒器、再燃技術(shù)、SCR、SNCR等。由于煤well as reburning zone temperature, flue residence time and粉再燃較低的投資和運行費用、較高的脫硝效果,mixing condition were all investigated. The normal No,使得許多研究者關(guān)注,但對于使用水煤漿作為再emission Is88mg/m3 in boiler and the highest no3 reduction燃燃料控制爐內(nèi)NO的生成研究的不多,EER和ratio up to425% when the Cws reburning is utilized. These BW曾做過相關(guān)試驗,并取得較高的脫硝效果19。results show that CWS used as reburning fuel on power station文中在1臺670h的水煤漿鍋爐上,采用水煤漿作boiler is an excellent technology. At the same time,為再燃燃料,對再燃燃料量比、再燃區(qū)過量空氣系reburning fuel fraction was16% with the reburning excess air數(shù)、主燃區(qū)過量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、煙氣在再ratio 0.95, and the optimal reburning zone excess air ratio was0.91 with reburning fuel fraction 25 among our experiment燃區(qū)停留時間和混合狀況對再燃脫硝效果的影響進行了研究KEYWORDS: reburning; coal water slurry; NO excess airratio: combustion1試驗系統(tǒng)和方法摘要:為了研究使用水煤漿作為再燃燃料在大型電站鍋爐上新建的670th超高壓水煤漿鍋爐在國內(nèi)屬首的再燃脫硝效果和影響因素,在臺新建的670的水煤漿創(chuàng),鍋爐為超高壓參數(shù)自然循環(huán)鍋爐,最大連續(xù)出鍋爐上進行了再燃燃料量比在12.5‰%-25%、主燃區(qū)過量空力670th。本體呈D型布置,水煤漿噴霧懸浮燃燒氣系數(shù)α在092-134、再燃區(qū)過量空氣系數(shù)α在091-l.04采用直流燃燒器正四角布置切向燃燒,煙氣擋板調(diào)之間變化的低NO燃燒調(diào)整試驗,分析了再燃燃料量比、再節(jié)再熱汽溫,噴水減溫控制過熱汽溫,回轉(zhuǎn)式空氣燃區(qū)過量空氣系數(shù)、主燃區(qū)過量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、煙預熱器,刮板式除渣機連續(xù)固態(tài)排渣,平衡通風,氣在再燃區(qū)停留時間和混合狀況對脫硝率的影響。試驗結(jié)果全鋼構(gòu)架,露天布置。顯示,相對于均等配風時鍋爐的NO排放量788ng/m3,水煤漿再燃能夠有效地降低NO-旳排放量,脫硝效果最高可以鍋爐爐膛橫截面寬深比為1.1,采用正四角布置達到42.5%,說明大型電站鍋爐上采用水煤漿再燃是一種有直流燃燒器的切圓燃燒方式,并確定采用一次風和前景的脫硝方法,同時通過試驗確定了再燃過量空氣系數(shù)為二次風雙切圓布置,其中一次風和二次風切圓直徑095時的最佳再燃燃料比為16%,再燃燃料比為25%時,在分別為800m中國煤化工時針旋轉(zhuǎn)。實驗工況范圍內(nèi),最佳再燃區(qū)過量空氣系數(shù)為091燃燒器最上層CNMHGA),切圓直中國電機工程學報第27卷徑為800mm其原因主要是當再燃燃料一定,只有在有一定CH燃燒器最上層為OFA噴嘴,E層為再燃噴口,基濃度的情況下,NO的還原反應才會順利進行,上、下2組均設有上、下二次風和中二次風。為了而在α2增大時,CHi基較易和氧氣先發(fā)生反應而不有利于油的完全燃燒,A一E層共5層,一次風噴囗易于保持一定的CH基濃度,因此NO4的還原效率均帶有中心風,較低。從圖1還可看出,在α2<098時,NO的還原為了確定影響鍋爐再燃效果的主要因素,試驗效率隨過量空氣系數(shù)的變化較為平緩,而當α2>0.98再燃燃料量比在12.5%-25%、主燃區(qū)過量空氣系數(shù)時,NO的還原效率出現(xiàn)了大幅度的下降。αx在092~1.34、再燃區(qū)過量空氣系數(shù)α2在0.91~1.0422再燃燃料量的影響之間變化,試驗中采用天虹智能煙氣分析儀如圖2所示,在再燃區(qū)α2一定的條件下,隨著TH-∞90,對尾部煙道的煙氣排放進行分析,NO3再燃燃料量的增加,NO3的還原率基本上也隨之增均折算到α=1.4時標準狀態(tài)下的數(shù)值,脫硝率相對大。原因主要是再燃燃料量增加,單位容積內(nèi)揮發(fā)于均等配風工況下NO3排放量788mg/m3進行計分的組分增加,NO的還原效率增加。再燃燃料量算。試驗所使用的燃料特性如表1所示。過少時,除了由于主燃區(qū)燃料增加,產(chǎn)生較多的NO3表1燃料特性分析外,同時不能夠提供足夠多的揮發(fā)分、焦炭與主燃Tab 1 Ultimate analysis of coal water slurry區(qū)過來的煙氣中的大量NO發(fā)生還原反應,降低49.81NO的還原率。從圖2中還可以看出,最高的脫硝avionW%濃度 od/(MJkg)粘度(mP”率出現(xiàn)在再燃比為16%時,而不是再燃比最高的2實驗結(jié)果及分析25%。這是因為對于四角切圓鍋爐來說,由于再燃區(qū)在主燃燒區(qū)的上部,再燃燃料噴入量過多時將會2.1過量空氣系數(shù)α2的影響使鍋爐燃燒中心上移,因再燃區(qū)煙氣中的含氧量不般認為,應用再燃技術(shù)時,主燃區(qū)的空氣足,造成再燃燃料的不完全燃燒增加,以至于在燃過量系數(shù)α應保持在1.05~1.15之間,以保證主燃區(qū)盡區(qū)不能完全燃盡,導致飛灰含碳量增加,產(chǎn)生新的富氧燃燒氣氛:而再燃區(qū)空氣過量系數(shù)a2應控制的排放問題。為降低飛灰含碳量,試驗中提高了在07~-09之間,以保證再燃區(qū)的富燃料還原氣氛;再燃比為22%、25%時的燃盡風,導致爐膛出口過燃盡區(qū)空氣過量系數(shù)α3取為1.15-1.2。其中α2對再量空氣系數(shù)為1189和1.186,稍高于再燃比為16%燃還原NO的效果影響最為顯著,隨著氧量或過量時的1.175,同時也致使燃盡區(qū)內(nèi)NO2生成量增加空氣系數(shù)的增加,NO、的排放量增加,還原性氣氛使其脫硝率略低于再燃比為16%時的脫硝率。綜合是降低NO排放的最佳環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn),再燃考慮到燃盡率和再燃效果,認為再燃燃料量以占全區(qū)的空氣量過多或過少,NO,的排放量均增加,對部燃料的16%左右為宜于不同的燃燒設備,由于具體條件的不同,最佳的2=0.95過量空氣系數(shù)要通過試驗確定。如圖1所示,α2對NO還原率的影響很大。隨著α2的增加,NO的還原效率逐漸降低,當再燃燃料比為25%時,在實驗工況范圍內(nèi),最佳的α2為091。再燃比25%再燃燃料比/%圖2再燃燃料量比對脫硝率的影響Fig 2 Effect of reburning fuel fraction on NO, reduction2.3再燃區(qū)溫度的影響再燃燃料量和過量空氣系數(shù)會影響再燃區(qū)的溫度場分布,而再燃區(qū)的溫度對NO還原效果有很大0.94的影響,在一定范圍內(nèi),反應溫度越高,NO2還原圖1再燃區(qū)過量空氣系數(shù)對脫硝率的影響Fig. 1 Effect of reburning excess air ratio on NO效率越高,這中國煤化工的:另一方reduction面,由于再燃CNMHG不原性氣氛,第5期孟德潤等:影響水煤漿再燃效果的主要因素研究燃料中的N和煙氣中的N2生成的NO很少;同時,2.5主燃區(qū)過量空氣系數(shù)影響在再燃區(qū)的溫度范圍內(nèi),溫度的增加也不會明顯增從圖4中可以看出,相同的再燃燃料量和再燃加熱力型NO的生成量。因此,隨著溫度升高,煤區(qū)α2下,主燃區(qū)α越高,脫硝率越低,這是因為過粉對NO3的還原效率明顯升高。故在溫度不低于量空氣系數(shù)增加,氧濃度升高,使得主燃區(qū)燃料燃1300℃的爐膛溫度區(qū)間組織再燃過程,足夠高的溫燒比較充分,主燃區(qū)的溫度也比較高,NO-生成量度和盡可能長的停留時間也有利于再燃煤粉的燃大大提高,進入再燃區(qū)的煙氣中NO濃度上升,在盡,但是,溫度高于1500℃時,熱力型NO將會迅一定的還原性氣氛和在再燃燃料量一定的情況下,速增加,從而對再燃還原的效果產(chǎn)生不利的影響。所能夠提供的還原性物質(zhì)有限,因此造成NO-的還如圖3所示,在1390-1480℃溫度下,NO2的還原效率下降。原效率隨著溫度的升高先增大后有所下降。這可能是由于以下2種原因的綜合作用造成的:①隨著溫度的增加,熱力NO將會大量產(chǎn)生;②在溫度較高時,CHi基團和氧氣發(fā)生反應的能力加強,反應的中間產(chǎn)物在燃料氮的存在下會加速含氮組分的氧化,使煙氣中的NO3濃度增加?？梢?在一定程度下提高再燃區(qū)的溫度將會提高NO還原的效率,但是最好1.151.20251.301.35主燃區(qū)α1保持在低于144.0℃的范圍內(nèi)。圖4主燃區(qū)過量空氣系數(shù)對再燃效果的影響Fig 4 Effect of primary excess air ratio on NO, reduction3結(jié)論在1臺670Ⅶh超高壓水煤漿鍋爐上進行了再燃條件對脫硝效果的影響,得到了如下的結(jié)論:(1)相對于均等配風時生成的最大NO2排放142014401460148再燃區(qū)溫度量,水煤漿再燃能夠有效的降低NO-旳排放,脫硝圖3再燃區(qū)溫度對脫硝率的影響效果最高的可以達到42.5%,說明該大型電站鍋爐Fig.3 Effect of reburning temperature on NO, reduction采用水煤漿再燃是一種理想的脫硝方法。24再燃區(qū)停留時間及混合狀況的影響2)隨著再燃燃料比旳增加,水煤漿的脫硝效再燃燃料投入位置的選擇對NO的還原效果和果基本上呈現(xiàn)增加趨勢,試驗綜合考慮再燃效果和鍋爐燃燒效率影響較大。不同的噴入位置所形成的飛灰含碳量,確定最佳的再燃燃料比為16%。燃燒環(huán)境不同,燃料在爐內(nèi)的停留時間不同,所取(3)再燃燃料比一定時,隨再燃區(qū)過量空氣系得效果不同,燃盡程度也不同。通常所選擇的位置數(shù)的增加,水煤漿再燃的脫硝效果逐漸降低,試驗應該是再燃區(qū)的溫度相對較高,還原性氣氛較強,確定了再燃燃料比為25%時,在實驗工況范圍內(nèi)的煙氣在此有足夠的停留時間。由于鍋爐制造工藝方最佳再燃區(qū)過量空氣系數(shù)為091。面的原因的限制,再燃最上層投入漿槍和實際燃盡(4)主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)、再燃區(qū)的溫度、風噴口的距離僅為18m,低于由前全蘇熱工所推薦再燃區(qū)的停留時間和混合狀況對水煤漿再燃的脫硝的經(jīng)驗公式計算出的22m,煙氣在再燃區(qū)的停效果有一定的影響。留時間也縮短為0.23s。再燃區(qū)的混合狀況對NO的還原效果以及鍋參考文獻爐燃燒效率影響也較大。再燃燃料與含NO的煙閻維平,潔凈煤發(fā)電技術(shù)M].北京:中國電力出版社,200氣混合越充分越有利于NO的分解,且能保證燃料21郭永紅,孫保民,劉彤,褐煤的超細粉再燃中NOx的生成與還原的充分燃燒。高速噴入的水煤漿的動量很大,能夠的數(shù)值模擬門.中國電機工程學報,2005,25(9:94-98較強的穿透煙氣,與煙氣形成較好的混合,使得還Liu Tong. Numerical simulation of NO,formation andd coal reburning原性物質(zhì)與NO3充分接觸,劇烈反應,彌補了停留中國煤化工時間的不足,相應的提高再燃效果。94-98(in ChinHCNMHG中國電機工程學報第27卷3]秦明,吳少華,孫紹増.六角切圓燃燒褐煤煤粉鍋爐低NO燃燒Yan Weiping, Liu Zhong, Gao Zhengyang, et al. The effect of the技術(shù)研究J.中國電機工程學報,2005,25(1):158-162micro-pulverized coal fineness on nitric oxide reduction by reburningQin Ming, Wu Shaohua, Sun Shaozeng. Low NO emission study forJ]. Electric Power Science and Engineering, 2003, 23(10): 204-208(insix point tangential burning of pc boiler firing lignite coal[J].Proceedings of the CSEE, 2005, 25(1): 158-162(in ChinesIl]金晶,張忠孝,李瑞陽。超細煤粉再燃的模擬計算與試驗研究[.中[4]張忠孝,姚向東,烏曉江,氣體再燃低NO排放試驗研究[門中國電機工程學報,2004,24(10):215-218國電機工程學報,2005,25(9):99102Jin jing, Zhang Zhongxiao, Li Ruiyang. Numerical simulation andZhang Zhongxiao, Yao Xiangdong, Wu Xiaojiang. Experimental studyexperimental study on micronized coal reburning[J]. Proceedings of theon low NO emission using gas reburning]. Proceedings of the CseeCSEE,2004,24(10:215-218( in Chinese)2005,25(9):99-102( in Chinese)12]高正陽,閻維平,劉忠。再燃過程再燃煤粉燃料N釋放規(guī)律的5]沈伯雄,孫幸福。天然氣先進再燃區(qū)脫硝效率影響因素的實驗與模驗研究門.中國電機工程學報,2004,24(8):238-242.擬研究[.中國電機工程學報,2005,25(5):146-149Gao Zheng Yang, Yan WeiPing, Liu Zhong. Experimental investigationShen Boxiong, Sun Xingfu. Study on the parameteres that influence theon fuel-N release characteristic of reburn fuel[J]. Proceedings of theefficiency of DE-No in advanced natural gas reburning areaCSEE,2004,24(8):238-242( in Chinese)xperimental and kinetic model[J]. Proceedings of the CSEE, 200∏]3]劉忠,閻維平,高正陽.超細煤粉的細度對再燃還原NO的影響25(5):146-149( in Chinese).中國電機工程學報,2003,23(10):204-208[6 Smoot L D, Hill s C, Xu H. NO, control through reburningLiu Zhong, Y an Weiping, Gao Zhengyang, et al. The effect of theU]. Progress in Energy and Combustion Science, 1998, 24(4): 385-408micro-pulverized coal fineness on nitric oxide reduction by reburning董若凌,周俊虎,孟德潤.再燃區(qū)水煤漿脫硝反應特性的試驗研究JJ. Proceedings of the Csee, 2003, 23(10): 204-208 (in Chinese[J.中國電機工程學報,2006,26(4):56-59∏4 KOTEEPBP·分級燃燒——降低煤粉鍋爐氮氧化的基本方法[.畢Dong Ruoling, Zhou Junhu, Meng Derun. Experimental investigation玉森譯.熱力發(fā)電譯叢,1991(1):15-20on NO, reduction performance of coal water slurry in the reburning [15] Maly P M, Zamanasky Vet al. Alternative fuelzone[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(4): 56-59(in Chinesereburning[J,Fuel,1999,78(3):327-334[8] Morrison D K, AshworthR A, Sommer T M, et al. Coal-water slurryreburning for NO emissions control[C]. Proceedings of the 20th收稿日期:2006-07-0International Technical Conference on Coal Utilization Fuel作者簡介:Syst德潤(97%,男,河北滄州人,博土研究生,從事燃燒的低污9Ashworth,Sommertm,MorrisondK,etal.Coalwaterslurry染控制方面的研究,mengden@yahoo.com.cnfor cyclone-firedboilers[C]. Proceedings of the 2lst International Technical Conference(編輯王慶霞)on Coal Utilization& Fuel Systems, 1996, 511-522.!0]閻維平,高正陽,劉忠.煤粉細度對再燃還原煙氣氮氧化物影響的實驗研究.電力科學與工程,2003,(2):1-4中國煤化工CNMHG