元寶山褐煤煤粉再燃降低氮氧化物特性及工程應(yīng)用研究.pdf

1、煤粉再燃低氮氧化物（NOx）燃燒技術(shù)是一種適合我國以煤為主能源結(jié)構(gòu)的低成本的低NOx排放技術(shù)。國家“十五”863計(jì)劃立項(xiàng)研究煤粉再燃低NOx燃燒技術(shù)，并在元寶山發(fā)電廠3號機(jī)組600MW鍋爐進(jìn)行工程示范。本文圍繞元寶山發(fā)電廠3號鍋爐煤粉再燃低NOx燃燒技術(shù)示范工程，開展相應(yīng)研究工作，重點(diǎn)研究了煤粉粒度和其他反應(yīng)條件對煤粉燃燒特性和煤粉再燃反應(yīng)過程的影響，分析了應(yīng)用煤粉再燃技術(shù)對原有鍋爐運(yùn)行的影響和采取的相應(yīng)技術(shù)措施。在此基礎(chǔ)上，提出并確定

2、了煤粉再燃技術(shù)改造的整體方案和燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，并在元寶山發(fā)電廠3號鍋爐上實(shí)施，再燃技術(shù)改造后鍋爐NOx排放大幅度降低。
　　在管式沉降爐上制備不同煤粉粒度和不同熱解時間的元寶山褐煤快速熱解煤焦試樣，采用美國Micromeritics公司ASAP2020自動吸附儀測定低溫氮吸附等溫線，通過分析低溫氮吸附等溫線形態(tài)、計(jì)算煤焦孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)及煤焦表面結(jié)構(gòu)的分形分析，研究快速熱解煤焦孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。試驗(yàn)條件下，熱解時間增加，煤焦

3、的比表面積和孔容積減小，煤焦表面分形維數(shù)降低；相同的熱解時間，平均粒度29.61μm煤樣的煤焦比表面積、孔容積和表面分形維數(shù)均大于平均粒度72.79μm煤樣的煤焦。表明，煤粉粒度減小，熱解后煤焦的孔隙結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，反應(yīng)活性會有所增加。研究結(jié)果為進(jìn)一步分析煤粉燃燒特性和再燃還原NOx特性提供參考。
　　再燃煤粉的燃燒特性對再燃區(qū)的形成、NOx的還原及鍋爐燃燒效率有重要影響，本文針對元寶山褐煤，分別在熱天平、常壓夾帶流氣化/燃燒模擬器

4、（AEFGC）、管式沉降爐三種試驗(yàn)裝置上，研究煤粉粒度和其他反應(yīng)條件對煤粉燃燒特性的影響。通過煤粉燃燒、熱解熱重曲線分析和反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)求解表明，煤粉粒度減小，著火提前，也更容易燃盡，煤粉粒度減小，煤粉燃燒的表觀活化能降低，燃燒性能得到改善；煤粉粒度減小，煤粉熱解過程的揮發(fā)分析出略有提前，析出集中程度降低，粒度減小，煤粉熱解的表觀活化能降低。AEFGC燃燒試驗(yàn)表明，煤粉粒度減小，其燃盡率增加，煤粉燃燒時間為0.6～0.8s時，平均粒徑為

5、30～50μm的煤樣燃盡率接近。管式沉降爐燃燒試驗(yàn)表明，煤粉粒度減小，燃燒固體產(chǎn)物中揮發(fā)分和固定碳含量有所降低，燃盡率增加；燃燒時間增加，燃燒固體產(chǎn)物中揮發(fā)分和固定碳含量降低，煤粉燃盡率增加。試驗(yàn)表明，煤粉粒度減小，有利于煤粉的著火和燃盡，但元寶山褐煤的燃燒特性較好，一定的燃燒時間以后煤粉粒度對燃盡的影響并不顯著，因此工程應(yīng)用中應(yīng)充分考慮最上層燃燒器的煤粉在爐膛停留時間和燃燒條件，保證其燃盡。
　　研究各種因素對煤粉再燃還原NOx

6、的影響，對確定再燃技術(shù)工程應(yīng)用方案和設(shè)計(jì)參數(shù)具有指導(dǎo)意義。在管式沉降爐上模擬再燃區(qū)反應(yīng)條件，研究煤粉粒度、再燃區(qū)化學(xué)當(dāng)量比、停留時間等參數(shù)對NO還原的影響。研究表明，再燃燃料燃燒初期，煙氣中的NO濃度有較大增加，隨著停留時間增加，NO還原率增加，但是增加的幅度越來越小。再燃反應(yīng)化學(xué)當(dāng)量比減小，NO還原率增加，增加的幅度越來越小。煤粉粒度減小，NO還原率有所增加，但增加幅度不大。在煤粉燃燒中試裝置(CRF)上對再燃的整個反應(yīng)過程研究表明，

7、以元寶山褐煤為再燃燃料，應(yīng)用煤粉再燃技術(shù)可有效降低NOx排放，試驗(yàn)條件下NO排放降低44％～51%；再燃方式燃燒的飛灰和底渣可燃物含量比常規(guī)燃燒方式有所增加，并隨再燃燃料份額的增加而增加；再燃區(qū)的還原氣氛使再燃區(qū)的焦渣渣質(zhì)疏松、易碎。
　　在機(jī)理研究和中試研究的基礎(chǔ)上，提出了元寶山發(fā)電廠3號鍋爐煤粉再燃技術(shù)改造的整體方案，并對燃燒系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同時分析了煤粉再燃技術(shù)改造引起的鍋爐結(jié)渣和對爐膛出口溫度的影響，提出相應(yīng)的技