第27卷第5期中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)Vol 27 No 5 Feb 20072007年2月Proceedings of the CseeC2007 Chin. Soc. for Elec Eng文章編號(hào):0258-8013(2007)05-0067-04中圖分類(lèi)號(hào):TK16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A學(xué)科分類(lèi)號(hào):47020影響水煤漿再燃效果的主要因素研究孟德潤(rùn),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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(浙江大學(xué)),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(guò)量空氣系數(shù),燃燒to reduce the NO emission in large scale station boiler In orderto study the reburning effect and influence, experiments were 0 IEdone on a 670t/h Cws-fired boiler with reburning fuel fraction在化石燃料燃燒過(guò)程中,排放出大量的污染性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(xué)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(lái)研究ratio varying from 0.92 to 1.34. The influence on NO, reductionsuch as reburning fuel fraction, reburning zone excess air ratio,開(kāi)發(fā)了許多控制NO排放的技術(shù)如:空氣分級(jí)、低primary combustion zone excess air ratio in reburning zone asNO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(yùn)行費(fèi)用、較高的脫硝效果,mixing condition were all investigated. The normal no,使得許多研究者26關(guān)注,但對(duì)于使用水煤漿作為再emission IS788 mg/m in boiler and the highest no- reduction燃燃料控制爐內(nèi)NO的生成研究的不多,EER和aio叩pto42.5% when the Cws reburning is utilized. These BW曾做過(guò)相關(guān)試驗(yàn),并取得較高的脫硝效果9。results show that CWS used as reburning fuel on power station文中在1臺(tái)670h的水煤漿鍋爐上,采用水煤漿作boiler is an excellent technology^ At the same time, the optima為再燃燃料,對(duì)再燃燃料量比、再燃區(qū)過(guò)量空氣系reburning fuel fraction was 16% with the reburning excess airratio 0.95, and the optimal reburning zone excess air ratio was數(shù)、主燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、煙氣在再0.91 with reburning fuel fraction 25 among our experiments燃區(qū)停留時(shí)間和混合狀況對(duì)再燃脫硝效果的影響進(jìn)行了研究。KEY WORDS: reburning; coal water slurry; NO excess airbustion1試驗(yàn)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(guó)內(nèi)屬首的再燃脫硝效果和影響因素,在1臺(tái)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(jìn)行了再燃燃料量比在125%‰-235%、主燃區(qū)過(guò)量空力670加h。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(guò)量空氣系數(shù)α2在091-104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(yàn),分析了再燃燃料量比、再節(jié)再熱汽溫,噴水減溫控制過(guò)熱汽溫,回轉(zhuǎn)式空氣燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)、主燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)、再燃區(qū)溫度、煙氣在再燃區(qū)停留時(shí)間和混合狀況對(duì)脫硝率的影響。試驗(yàn)結(jié)果預(yù)熱器,刮板式除渣機(jī)連續(xù)固態(tài)排渣,平衡通風(fēng),全鋼構(gòu)架,露天布置顯示,相對(duì)于均等配風(fēng)時(shí)鍋爐的NO排放量788mgm3,水煤漿再燃能夠有效地降低NO的排放量,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(dá)到42.5%,說(shuō)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(fēng)和前景的脫硝方法,同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)確定了再燃過(guò)量空氣系數(shù)為二次風(fēng)雙切圓布置,其中一次風(fēng)和二次風(fēng)切圓直徑095時(shí)的最佳再燃燃料比為16%,再燃燃料比為25%時(shí),在分別為800mm和1000mm,且均為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi),最佳再燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)為091燃燒器最上層布置了反切的燃盡風(fēng)(OFA,切圓直中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)第27卷徑為800mm。其原因主要是當(dāng)再燃燃料一定,只有在有一定CHi燃燒器最上層為OA噴嘴,E層為再燃噴口,基濃度的情況下,NO、的還原反應(yīng)才會(huì)順利進(jìn)行上、下2組均設(shè)有上、下二次風(fēng)和中二次風(fēng)。為了而在αx2增大時(shí),CH基較易和氧氣先發(fā)生反應(yīng)而不有利于油的完全燃燒,A一E層共5層,一次風(fēng)噴口易于保持一定的CHi基濃度,因此NO3的還原效率均帶有中心風(fēng)較低。從圖1還可看出,在2<0.98時(shí),NO的還原為了確定影響鍋爐再燃效果的主要因素,試驗(yàn)效率隨過(guò)量空氣系數(shù)的變化較為平緩,而當(dāng)∞>0.98再燃燃料量比在12.5%-25%、主燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)時(shí),NO的還原效率出現(xiàn)了大幅度的下降。α在092-1.34、再燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)α2在091-1042.2再燃燃料量的影響之間變化,試驗(yàn)中采用天虹智能煙氣分析儀如圖2所示,在再燃區(qū)αx2一定的條件下,隨著TH-9∞0,對(duì)尾部煙道的煙氣排放進(jìn)行分析,NO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(shí)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)值,脫硝率相對(duì)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(fēng)工況下NO排放量788mgm3進(jìn)行計(jì)分的組分增加,NO的還原效率增加。再燃燃料量算。試驗(yàn)所使用的燃料特性如表1所示。過(guò)少時(shí)除了由于主燃區(qū)燃料增加,產(chǎn)生較多的NO表1燃料特性分析外,同時(shí)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 slurryN/%區(qū)過(guò)來(lái)的煙氣中的大量NO4發(fā)生還原反應(yīng),降低NO的還原率。從圖2中還可以看出,最高的脫硝AW%濃度/Q小Mk2)粘度(mP率出現(xiàn)在再燃比為16%時(shí),而不是再燃比最高的354764532實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析25%。這是因?yàn)閷?duì)于四角切圓鍋爐來(lái)說(shuō),由于再燃區(qū)在主燃燒區(qū)的上部,再燃燃料噴入量過(guò)多時(shí)將會(huì)2.1過(guò)量空氣系數(shù)αx2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(rèn)為,應(yīng)用再燃技術(shù)時(shí),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(guò)量系數(shù)α應(yīng)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(dǎo)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(guò)量系數(shù)a2應(yīng)控制的排放問(wèn)題。為降低飛灰含碳量,試驗(yàn)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(shí)的燃盡風(fēng),導(dǎo)致?tīng)t膛出口過(guò)燃盡區(qū)空氣過(guò)量系數(shù)a3取為115-12。其中a2對(duì)再量空氣系數(shù)為1.189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(guò)量時(shí)的1.175,同時(shí)也致使燃盡區(qū)內(nèi)NO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(shí)的脫硝率。綜合是降低NO排放的最佳環(huán)境。研究ψ-2發(fā)現(xiàn),再燃考慮到燃盡率和再燃效果,認(rèn)為再燃燃料量以占全區(qū)的空氣量過(guò)多或過(guò)少,NO,的排放量均增加,對(duì)部燃料的16%左右為宜。于不同的燃燒設(shè)備,由于具體條件的不同,最佳的C1=1.13Cx2=0.95過(guò)量空氣系數(shù)要通過(guò)試驗(yàn)確定。如圖1所示,α2對(duì)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(dāng)再燃燃料比為25%時(shí),在實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi),最佳的α2為091再燃比25圖2再燃燃料量比對(duì)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(guò)量空氣系數(shù)會(huì)影響再燃區(qū)的溫度場(chǎng)分布,而再燃區(qū)的溫度對(duì)NO還原效果有很大圖1再燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)脫硝率的影響的影響,在一定范圍內(nèi),反應(yīng)溫度越高,NO還原Fig. 1 Effect of reburning excess air ratio on No效率越高,這與化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是一致的:另一方reduction面,由于再燃過(guò)程中處于貧氧富燃料的還原性氣氛,第5期孟德潤(rùn)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(shí),2.5主燃區(qū)過(guò)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(huì)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?yàn)檫^(guò)粉對(duì)NO3的還原效率眀顯升高。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(guò)程,足夠高的溫?zé)容^充分,主燃區(qū)的溫度也比較高,NO生成量度和盡可能長(zhǎng)的停留時(shí)間也有利于再燃煤粉的燃大大提高,進(jìn)入再燃區(qū)的煙氣中NO濃度上升,在盡,但是,溫度高于1500℃時(shí),熱力型NO-將會(huì)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(duì)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,NO3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(huì)大量產(chǎn)生;②在溫度較高時(shí),CHi基團(tuán)和氧氣發(fā)生反應(yīng)的能力加強(qiáng),反應(yīng)的中間產(chǎn)物在燃料氮的存在下會(huì)加速含氮組分的氧化,使煙氣中的NO3濃度增加?？梢?jiàn),在一定程度下提高再燃區(qū)的溫度將會(huì)提高NO還原的效率,但是最好1,151.201.251.30135主燃區(qū)αx1保持在低于1440℃的范圍內(nèi)圖4主燃區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)再燃效果的影響Fig 4 Effect of primary excess air ratio on NO, reduction3結(jié)論在1臺(tái)670t/超高壓水煤漿鍋爐上進(jìn)行了再燃條件對(duì)脫硝效果的影響,得到了如下的結(jié)論:(1)相對(duì)于均等配風(fēng)時(shí)生成的最大NO2排放14001420144014601480再燃區(qū)溫度量,水煤漿再燃能夠有效的降低NO的排放,脫硝圖3再燃區(qū)溫度對(duì)脫硝率的影響效果最高的可以達(dá)到42.5%,說(shuō)明該大型電站鍋爐Fg.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2.4再燃區(qū)停留時(shí)間及混合狀況的影響2)隨著再燃燃料比的增加,水煤漿的脫硝效再燃燃料投入位置的選擇對(duì)NO的還原效果和果基本上呈現(xiàn)增加趨勢(shì),試驗(yàn)綜合考慮再燃效果和鍋爐燃燒效率影響較大。不同的噴λ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(shí)間不同,所取(3)再燃燃料比一定時(shí),隨再燃區(qū)過(guò)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(yàn)應(yīng)該是再燃區(qū)的溫度相對(duì)較高,還原性氣氛較強(qiáng),確定了再燃燃料比為25%時(shí),在實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)的煙氣在此有足夠的停留時(shí)間。由于鍋爐制造工藝方最佳再燃區(qū)過(guò)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(shí)際燃盡(4)主燃區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù)、再燃區(qū)的溫度、風(fēng)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(shí)間和混合狀況對(duì)水煤漿再燃的脫硝的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的22m,煙氣在再燃區(qū)的停效果有一定的影響。留時(shí)間也縮短為0.23s再燃區(qū)的混合狀況對(duì)NO的還原效果以及鍋參考文獻(xiàn)爐燃燒效率影響也較大。再燃燃料與含NO的煙潔凈煤發(fā)電技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002氣混合越充分越有利于NO2的分解,且能保證燃料21保民,劉彤,褐煤的超細(xì)粉再燃中NOκ的生成與還原的充分燃燒。高速?lài)娙氲乃簼{的動(dòng)量很大,能夠的數(shù)值模擬凹.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(9):9498較強(qiáng)的穿透煙氣,與煙氣形成較好的混合,使得還uo Yonghong, Sun Baomin, Liu Tong. Numerical simulation of Noformation and deoxidization with micro-pulverized coal reburn原性物質(zhì)與NO充分接觸,劇烈反應(yīng),彌補(bǔ)了停留technology for lignite[J]. Proceedings of the CSEE, 2005, 25(9)時(shí)間的不足,相應(yīng)的提高再燃效果。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)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.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(1):158-162micro-pulverized coal fineness on nitric oxide reduction by reburningQin Ming, Wu Shaohua, Sun Shaozeng. Low NO, emission study for[J]. Electric Power Science and Engineering, 2003, 23(10): 204-208(insix point tangential burning of pc boiler firing lignite coal.Proceedings of the CSEE, 2005, 25(1): 158-162(in Chinese)∏!金晶,張忠孝,李瑞陽(yáng).超細(xì)煤粉再燃的模擬計(jì)箅與試驗(yàn)研究[.中「4]張忠孝,姚向東,烏曉江,氣體再燃低NO3排放試驗(yàn)研究凹.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2004,24(10):215-218.國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(9):99102Jin jing, Zhang Zhongxiao, Li RuiyarZhang Zhongxiao, Yao Xiangdong, Wu Xiaojiang. Experimental studyexperimental study on micronized coal reburning]. Proceedings of theon low NO emission using gas reburning[J]. Proceedings of the CSEECSEE,2004,24(10:215-218( in Chinese)2005,25(9):99-102( in Chinese)I12]高正陽(yáng),閻維平,劉忠,再燃過(guò)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(jìn)再燃區(qū)脫硝效率影響因素的實(shí)驗(yàn)與模驗(yàn)研究門(mén).中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2004,24(8):238-242.擬研究[.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(5):146-149Gao Zheng Yang, Y an WeiPing, Liu Zhong Experimental investigationsShen 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 area byEE,2004,24(8):238-242( in Chinese)experimental and kinetic model[J]. Proceedings of the CSEE, 200∏]3]劉忠,閻維平,高正陽(yáng),超細(xì)煤粉的細(xì)度對(duì)再燃還原NO的影響6-149(in Chinese).J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(10):204-208[6 Smoot L D, Hill S C, Xu H. NO control through reburningLiu Zhong, Yan Weiping, Gao Zhengyang, ct 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「7董若凌,周俊虎,孟德潤(rùn).再燃區(qū)水煤漿脫硝反應(yīng)特性的試驗(yàn)研究[]. Proceedings of the CSEE, 2003, 23(10): 204-208(in ChineseJ中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(4):56-59∏4 KOTEEPBP·分級(jí)燃燒——鯈低煤粉鍋爐氮氧化的基本方法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 V M, Ho L, ct al. Alternative fuelzone[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(4): 56-59(in Chineseburning[.Fuel,1999,78(3):327-33418] Morrison D K, Ashworth R A, Sommer T M, et al. Coal-water slurryreburning for NO, emissions control[C]. Proceedings of the 20th收稿日期:2006-07-04International Technical Conference on Coal Utilization Fuel作者簡(jiǎn)介孟德潤(rùn)(1979—-),男,河北滄州人,博士研究生,從事燃燒的低污[9Ashworth,Sommertm,MorrisondK,etl.Coalwaterslurry染控制方面的研究,mengden@yahoo.com.cnreburning low NO compliance system for cyclone-firedboilers[C]. Proceedings of the 2lst International Technical Conference(編輯王慶霞)on Coal Utilization Fuel Systems, 1996, 511-5220]閻維平,高正陽(yáng),劉忠,煤粉細(xì)度對(duì)再燃還原煙氣氮氧化物影響的驗(yàn)研究.電力科學(xué)與工程,2003,(2):14