打开文本图片集
摘要:在世界上,煤炭作为一种非常丰富的化石燃料资源,在世界整个化石燃料的储量中都占据着非常重大的比例,并且,随着社会经济的发展与进步,为我国社会生产力的发展带来了极大的推动作用,这样对于煤炭资源的需求量也在逐年的提升。但是,在对煤炭资源进行利用的过程中,会会挥发出很多有毒的气体,这样对于人们的生命健康和生态环境就会带来较为严重的伤害。因此,有效的分析和研究煤粉炉分级燃烧技术是非常必要的,需要有关部门及工作人员高度重视起来,只有这样,才能够促进我国的锅炉企业向着更加合理的方向迈进。
关键词:煤粉炉 分级燃烧技术 研究分析
中图分类号: X701 文献标识码:A 文章编号1672-3791(2015)05(a)-0000-00
随着社会经济的发展与进步,人们对于自身的生存环境和生命健康上提出了更高的要求。煤炭作为我们生活中一种非常重要的资源,是维系我们生活的重要所在。但是,对于其燃烧过程中排放出来的有毒气体也需要高度的重视起来。煤粉炉的分级燃烧技术,就能够在一定程度上解决此项问题,有效的降低NOx的排放浓度,为人们的健康生活提供相应的保证,因此,需要有关部门及工作人员高度的重视起来。
1原理的相关阐述
分级燃烧属于一种非常有效的清洁燃烧工艺。对于一些传统的煤粉炉燃烧系统应用分级燃烧的原理实施综合性的改造,不但能够将NOx的排放量有效的降低下来,同时将经济性还能够适当的提升上来。对此,将主燃区的氧气浓度降低下来和在炉墙上部及炉墙的四周实施过化学形式的富养燃烧。
1.1NOx在燃煤过程中的产生
NOx在燃煤过程中的产生主要有三种机理,即为热力型NO、染料型NO和瞬型的NO。空气中的氧气和氮气间的氧化反应为热力性NO的前提条件,在描述中,可以应用Zeldovich机理。有很高的活化功能存在与此机理当中,所以,热力型NO的产生条件即为高温,一般温度都会在1400摄氏度之上,此外,热力型的NO在产生的过程中也会受到长的停留时间和高的氧原子浓度的影响。针对一些煤粉炉只能够满足固态排渣直流燃烧,在全部的NO排放量当中,热力型NO只是占据其中很少的一部分,燃料型的NO在其中会占据着非常大的比例;空气中的氮分子是瞬态型NO的主要来源。会有一部分的CHi产生于碳氢的火焰当中,这样氮分子在空气当中会被转化为NHi和HCN,之后被氧化成为NO。碳氢火焰中氮气的浓度与碳的浓度同瞬态型NO生成量是成正比的关系。瞬态NO机理对于煤粉的燃烧应向上不大。随着焦炭的燃尽和煤粉的热解,就会有效的释放出束缚在煤中的一些氮,并且向着HCN迅速的转化,这样一来NHi在其中就会慢慢的被形成,这样一定的平行竞争反应就会出现在其中如下图所示:
当有充足的氧气浓度存在与主燃区域中时,形成的NO在其中就会占据着非常重要的位置;当没有存在充足的氧气浓度时,这样就会进一步强化N2的形成,进而对NO的形成就会带来一定的抑制作用。所以,在分级燃烧中,上述平行竞争的反应就为其奠定了相应的基础。
通过上图我们能够得知,当有碳氢化合物同上升烟气中的NO相碰撞的时候,这样就会将其还原成HCN,进而将NO的排放量就能够有效的降低下来。因此,通过这样一点就能够将一定的理论基础为实施燃料分级燃烧提供出来。
1.2低NOx的分级理论
以上的机理能够清晰的表明NOx在煤粉炉当中主要在高氧、高温的主要燃烧区域当中存在着,所以,将主燃烧区域内的氧量适当的降低下来,对于阻挡NOx的产生必将会带来非常巨大的帮助。分级燃烧主要是对送风方式进行改变,对炉内的控制分布进行合理的控制,将分区燃烧,有一定组织的构建起来。就是在炉膛轴向的基础上,来分级空气,这样就会将主燃烧区域内的氧气含量降低下来,进而对NOx的形成起到抑制的作用,同时,将燃尽风引入到炉膛上部,进而将富氧气氛构建起来,这样就能够完全的燃烧其中的煤粉。然而,也会有一定的问题出现在其中,主要是炉墙会受到高温还原性火焰的腐蚀。为了对腐蚀火墙的情况有效的去防止,在炉膛径向的基础上,实施空气的分级,就是向炉墙的部分引入射向燃烧切圆的部分空气,保证燃烧中心的缺氧气氛和炉墙附近的氧化气氛。
以上的分级系统,能够有效的保护炉墙,进而就能够有效的降低煤粉燃烧所应用的过量空气系数,将送、引风机的功率消耗和排烟的热损失能够有效的降低下来。所以,对炉膛内煤粉的分级燃烧合理的进行组织,不但将NOx的排放量能够有效的降低下来,对于炉膛内的煤粉燃烧也能够有效的进行优化,进而将运行的经济效益提升上来。
2分析数值
可以用Zeldovich和DeSoete的机理来一同描述煤粉燃烧过程中的热力型NOx与燃料型NOx。有效的反应NOx生成的诸种气体,可以用同一数量级来表示其反应湍流混合时间尺度和反应时间尺度,对于具体燃烧过程中湍流脉动对反应速度的影响上也应该认真的进行考虑。对于湍流对NOx生成的影响可以用有限反应速率二阶距封闭模型进行模拟。
在相应数值计算结果的基础上,粉煤在一次风煤粉射流前方的高温区域当中,就会将含氮成分的NH3、HCN等物质迅速的热解析挥发出来,当存在较大的氮气浓度时,进而就将它们立刻的氧化为NO。所以,和别的区域进行比较,整个区域中NO的浓度将会非常的高。针对热力型的NO ,浓度在燃烧室中的分布,也会表现出以上的特征,但是,燃料燃烧型NO要远远的比它高,在NO的生成总量中约占据2%左右。因此,煤粉炉的燃烧室里面,这样湍流强烈的高温区,就会存在于燃烧器出口的附近,也是将NO进行生成的主要位置,并且,在其中染料型NO将会占有非常重要的位置。
针对燃料型的NO,HCN的氧化速度是决定NO生成的主要因素。并且,氧气浓度同NO将会呈现出正比例的关系。所以,对炉内的空气分布进行调整,将主燃烧区域内的氧气浓度降低下来,这样对于煤粉炉中的NO生成量予以降低会带来巨大的帮助。为了防止轴空气分级可能造成水冷壁周围存在还原的气氛,针对切圆的炉体,在组织空气分级的过程中,还可以沿炉膛径向来完成。同湍流模式和其子过程有效的结合起来,对于径向空切分级燃烧系统和四角切圆燃烧的煤粉炉的轴向实施三维数值的模拟。通过这样的工作,进行了径向和轴向的分级之后,CO的浓度在水冷壁的周围就会小于0.1%,在6%到9%之间维持着氧气的基本浓度,氧气的浓度在炉膛出口处将会维持在15左右,因此,通过这样的观测我们可以发现,利用轴向和径向的方式对切圆燃烧煤粉进行空气的分级,对于炉内空气的控制上会带来非常巨大的帮助,这样就能够按照实现的目的来完成控制工作。
3系统分析
针对一些锅炉,需要对径向空气和轴向空气分级进行综合的使用,这对炉内空气的分布才能够合理的进行控制,对有组织的分区燃烧才能够予以实现,对于NOx的形成上就会带来一定抑制作用,将结渣烧损和水冷壁的腐蚀作用还能够有效的降低下来,并且,对锅炉的效率上还能够适当的予以改善。
首先,对轴向空气进行分级,在炉膛垂直方向的前提下,对分级送风予以实施,由主燃烧区分流将15%左右的总空气量相炉膛上方的燃尽区域分流。但是,应该把燃烧器二次风口出的面积降低到15%以下,此外,将10个左右的燃尽喷口增设到炉膛的上方,在270毫米左右对喷口的直径进行掌控。
其次,将燃烧器分别的布置在切圆燃烧煤粉炉的四角处,有四个二次喷口、一个三次封口和三个一次风喷口一同组成每角燃烧器,按照从上到下的顺序进行一次的排列。在四个上二次封口和八个中二次风喷口中将和喷口轴线为22度的导流板安装上去,由切圆燃烧中心将15%到20%的主二次风能够向着炉墙处偏离,进而对空气的径向分级予以实现,对和二次风的混合予以延缓,有效的防止产生NOx。并且还要使氧化气氛有效的形成于炉墙的周围处,进而对结渣和腐蚀的情况予以降低。运用内置的方式对导流板进行安装,进而将二次风喷口的烧损情况予以降低,将其使用的寿命提升上来。通过相应的试验证明,能够二次风喷口的寿命提升6、7个月以上。
再次,该技术的主要应用思想分析:将主燃区域的氧气浓度降低下来,对亚化学当量的频养燃烧予以执行,进而防止在燃烧粉煤的过程中会产生过多的NOx浓度,本单位在对此种技术方案进行应用之前,先分析了煤的基本种类:收到基碳分:设计煤:58.99,核心煤:54.56;收到基氢分:3.57,校核煤:3.14,收到基氮分:0.80,校核煤:0.74。然后根据不同煤质制定出了详细的方案。
将氧气浓度在炉膛上部及炉墙附近提升上来,对化学当量的抚养燃烧予以执行,防止有高温的还原性腐蚀会出现在过热器和水冷壁的周围,进而确保能够完全的燃烧了煤粉。针对那些切圆形燃烧的煤粉炉而言,对径向或者轴向的空气分级进行使用,对于上述的目标能够有效的给予完成,此外,还能够有效的降低总的过量空气,将排烟热损失降低下来,将送、吸风机的能耗降低下来,对于锅炉运行的经济性能够在很大程度上进行改进。
4技术讨论
4.1影响轴向分级风情况
在1.12左右,对炉膛出口过剩的空气系数进行控制,将轴向分级风的份额提升上来,将主要燃烧区域内的多余空气系数能够有效的降低下来,进而对抑制NOx的构成无疑会带来非常大的帮助。在一定的负荷之下,将燃尽风份额应该尽可能的提升上来,进而使NOx在烟气中的浓度被有效的降低下去,有效的提升脱硝的效率。
4.2影响二次风径向的分布
将轴向分级风在70%、80%、90%,的负荷下予以关闭,对NOx受到径向空气分级的影响情况进行有效的测试。
二次风被径向空气分级划分成两个重要的组成部分:首先,存在于燃烧中心的四角切圆;其次,向着炉墙的位置偏离,和燃烧中心保持一定的距离。这样对于煤和空气的混合不但能够有效的延缓,减缓了NOx的产生,也能够有效的保证炉墙周围氧化的气氛,将炉墙的结渣和腐蚀有效的降低下来。
4.3影响炉膛过量空气系统的情况
通过上图我们能够清晰发现,总的过剩空气系数在炉的内部尽管从1.25降低到了1.08,但是,CO的浓度在过热器和水冷壁的周围还是长期的保持这很低的情况。这就能够有效的证明,将径向空气分级和轴向空气分级有效的应用到切圆燃烧煤粉锅炉中,对于炉内的空气分布能够非常合理的组织起来,进而将总的过剩空气系统能够有效的降低下来。对这种措施进行使用,对于NOx排放量能够有效的降低下来,同时,对于防止炉墙的结渣和腐蚀也会带来非常巨大的帮助。同时,有效的降低了炉内的一些过剩空气系数,将引、送机的能耗和排烟损失情况能够有效的降低下来,对于锅炉的经济性和效率在一定程度上能够有效的予以改善,进而使锅炉系统在应用的过程中能够更加的科学、规范。
5结语
随着社会经济的不断发展与进步,极大的推动了我国的工业化发展水平,在一些行业的发展中离不开煤炭资源的支撑,但是,对于煤炭资源在燃烧过程中产生的一些污染物我们也需要高度的重视起来。对此,文章通过上文对煤粉炉的分级燃烧技术的相关内容进行了详细的分析与阐述,对于四角切圆燃烧的煤粉炉、固态形式的排渣情况,其排放量在一定的程度上就是由燃料型NOx的排放量所决定的。根据相关的试验和数据的计算我们能够明确,针对以上的两种情况,对于炉内的轴向和径向的空气分级要合理的组织起来,不但能够将主燃区域的氧量降低下来,对于抑制NOx的产生也会带来极大的帮助。
参考文献
[1]邱广明.煤粉炉的分级燃烧技术研究[J].煤粉炉的分级燃烧技术研究 .2011(08).
[2]刘霞.400t/h四角切圆煤粉炉分级燃烧技术降低NOx排放的研究与数值模拟[J].东南大学学报.2010(01).
[3]赵琛杰.水煤浆空气分级燃烧技术降低NO_x排放试验研究及数值模拟研究[J].浙江大学学报.2009(13).
[4]贾艳艳.四角切圆燃煤锅炉超细煤粉再燃技术数值试验研究[J].化工过程机械.2010(05).
[5]单云霞.江苏省燃煤电厂氮氧化物减排能力分析及总量控制措施研究[J].2008(03).
[6]刘加勋.超细煤粉物化特性及其对O_2/CO_2分级燃烧NO_x排放的影响[J].哈尔滨工业大学学报.2011(06).
[7]吕学敏.煤粉锅炉两段式空气分级低NO_x燃烧技术的实验研究与数值模拟[J].上海交通大学学报.2011(09).
[8]葛志红.燃用烟煤墙式布置410t/h锅炉低NO_x燃烧技术的数值模拟[J].哈尔滨工业大学学报.2006(15).
[9]罗朝晖.选择性非催化还原烟气脱硝技术(SNCR)在循环流化床锅炉上的工程应用[J].上海交通大学学报.2011(09).