低挥发分煤燃烧NOx排放特性的试验研究

图 5 无烟煤沿炉膛纵向的 NO 浓度分布
Fig. 5 NO concentration of lean coal along the axis of
furnace
wp13(工况 33)
NO 浓度/(mg⋅Nm-3)
800 wp11(工况 27)
500 wp31(工况 33)
200
12
3
4
5
6测点
图 6 混煤沿炉膛纵向的 NO 浓度分布
表 2 实验工况 Tab. 2 The experiment conditions
工
实验
况
煤种
1
贫煤
2
贫煤
3
贫煤
4
贫煤
5
贫煤
6
贫煤
7
贫煤
8 无烟煤
9 无烟煤
10 无烟煤
11 无烟煤
12 无烟煤
13 无烟煤
14 无烟煤
15 无烟煤
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
16 混煤wp31
17 混煤wp31
过量空气 系数α 1.091 1.133 1.188 1.202 1.270 1.108 1.224 1.030 1.068 1.120 1.133 1.197 1.000 1.154 1.209 1.044 1.084
KEY WORDS Low-volatile coal Combustion research facility (CRF) NOx Emission Excess air ratio
摘要 无烟煤和贫煤等低挥发分煤在国内许多大型机组上 得到广泛使用 该文利用一功率为 138kW 的小型煤粉燃烧 实验台对上述单一煤种及其两者间 3 种配比混煤的不同配 风下 NO 的生成规律进行了试验研究 通过对试验数据的 整理和分析 认为无烟煤和贫煤及其混煤在燃烧过程中氮 氧化物的释放主要聚集在煤粉燃烧前期 且混煤和单煤一 样 NO 浓度在炉膛内仅存在一个峰值 焦碳 N 是低挥发分
第 23 卷 第 8 期 2003 年 8 月
文章编号 0258-8013 (2003) 08-0211-04
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
中图分类号 TK227 文献标识码 A
Vol.23 No.8 Aug. 2003 ©2003 Chin.Soc.for Elec.Eng.
24.840
贫 煤 0.79 27.20 14.44
57.57
24.745
3 试验工况
试验模拟了在不同配风下贫煤 无烟煤及其 3 种配比混煤稳定燃烧过程中 NOx 的释放情况 实
500 1~5 8~12 贫煤 wp31
16~20 22~26 28~32 工况 wp11 wp13 无烟煤
烟气分析系统采用德国 ROSEMONT 公司生 产的烟气分析仪 该设备可同时对烟气中 CO CO2 SO2 NO 及 O2 等 5 种气体成分进行在线检 测 烟气采集和分析系统如图 2 所示
试验用无烟煤和贫煤的工业分析见表 1 无烟 煤与贫煤分别按 3:1 1:1 1:3 的比例进行混配 简称为混煤 wp31 混煤 wp11 和混煤 wp13
给粉机
数据采集处 理输出系统
引风机
电
加
1
热 空
2
预 器
3
4
二液 次化 风气
一 次 风
5
6
图 1 煤粉燃烧试验台系统示意图 Fig. 1 Schematic drawing of experimental apparatus
验过程中 控制炉内总的过量空气系数是通过调 节一 二次风风量来实现的 一次风风温为室温 二次风风温加热为 250 具体实验工况见表 2
ABSTRACT Low volatile coals such as anthracite and lean coal are used for more and more high capacity utility boilers recently in China; especially the two kinds coals are often blended for improving the plants economic and combustion performance. In the paper, performance of NOx emission and the burnout of the two single coals and the binary coal blends (the ratios were 3:1, 1:1,1:3 respectively) in different excess air ratios have been studied in a pilot combustion research facility (CRF). The normal output of the CRF is 138kW. The aim of present study is to investigate the contributing factors of NOx emission and the relationship between the char-N and the volatile-N during their combustion. By analyzing the experiment results, the performances of NOx emission of the coals are found. NOx emission is occurred mainly in the prophase during the combustion. The coal blends like the single one that NOx concentration along the axis of furnace has one peak value. The experimental results show that to the low volatile coals, the char-N is a main attribute to the total amount of NOx emission during its combustion and in a range of excess air ratios, a low NOx emission and high burnout could be gotton.
工
实验
况
煤种
18 混煤wp31
19 混煤wp31
20 混煤wp31
21 混煤wp31
22 混煤wp11
23 混煤wp11
24 混煤wp11
25 混煤wp11
26 混煤wp11
27 混煤wp11
28 混煤wp13
29 混煤wp13
30 混煤wp13
31 混煤wp13
32 混煤wp13
33 混煤wp13
2 试验系统和设备
煤粉燃烧试验台是模拟电厂锅炉炉内燃烧工 况的试验设备 该试验台的额定给粉量为 20kg/h 炉膛内径为 300mm 高 2580mm 垂直布置 燃 烧器为旋流式 配有数据记录和控制系统 燃烧 系统 冷却烟气系统和旋风分离系统 图 1 为煤 粉燃烧试验台的系统示意图 图中 1~6 为沿炉膛 纵向自上而下 6 个测孔
近年来 煤燃烧过程中产生的 NOx 对大气的 污染问题越来越引起人们的重视 有关资料表明 电站锅炉的 NOx 排放量占各种燃烧装置 NOx 排放 量总和的一半以上 而且 80 左右是由煤粉锅炉
万方数据
212
中 国电机工程学报
第 23 卷
排放的[3,4] 因此 本文结合无烟煤 贫煤及其两 者之间三种掺烧比混煤的燃烧特性 对煤粉燃烧 过程中 NOx 排放规律进行分析和研究
表 1 试验煤样的工业分析 Tab. 1 Main characteristics of the coals used
煤种 无烟煤
水分 MD/%
0.78
灰分 Aad / %
26.19
挥发分 Vad /%
9.42
固定碳 FCad/ %
63.61
高位发热量 Qgrad /(MJ⋅kg-1)
FANG Li-jun1, GAO Zheng-yang2, YAN Wei-ping2, HUI Shi-en1 (1.School of Energy and Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049,China; 2.Department of Power Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003,China)
图 3 试验煤样炉膛出口处的 NO 浓度分布 Fig. 3 NO concentration of the coals in the exit of furnace
900
工况 7
700 工况 6
500
NO 浓度/(mg⋅Nm-3)
300
Fig. 4
100 12
3
4
5
6测点
图 4 贫煤沿炉膛纵向的 NO 浓度分布
验中生成的 NO 主要为燃料型 NOx 燃料型 NOx 可分为由挥发分 N 氧化成的 NOx 和由焦炭 N 氧化 成的 NOx 两部分 其中挥发分 N 主要是指 HCN 和 NH3 它们在煤的燃烧过程中被氧化成 NO 同时 一部分 NO 又被 HCN 和 NH3 还原成 N2 焦炭在燃 烧过程中 一方面焦炭氧化成 NO 另一方面由于
过量空气 系数α 1.136 1.149 1.214 1.149 1.060 1.100 1.153 1.166 1.232 1.109 1.076 1.143 1.170 1.183 1.250 1.149
4 试验结果及分析
4.1 单煤及混煤 NO 排放的试验结果 单煤及混煤炉膛出口处 NO 浓度(6%O2)分布
Fig. 6 NO concentration of three blended coals
along the axis of furnace
4.2 单煤及混煤 NO 生成规律分析
燃煤产生的 NOx 可分成燃料型 热力型和快 速型 3 种类型 其中燃料型 NOx 占 75%~90%[4] 在 试验中 炉内最高温度低于 1500 因此可认为试
见图 3 沿炉膛纵向的 NO 浓度(6%O2)分布见图 4~ 图6
800
700
NO 浓度/(mg⋅Nm-3)
取样枪
滤杯
干燥剂 流量计
600
烟气分析
真空泵
图 2 烟气采集及分析系统流程图 Fig. 2 Schematic drawing of gas sampling and
analyzing system
学科分类号 470⋅2040
低挥发分煤燃烧 NOx 排放特性的试验研究
方立军 1, 高正阳 2, 阎维平 2, 惠世恩 1
1 西安交通大学能源与动力学院 陕西 西安 710049; 2 华北电力大学动力工程系 河北 保定 071003
EXPERIMENTAL STUDY ON PERFORMANCE OF NOX EMISSION FOR LOW VOLATILIZATION COALS
NO concentration of lean coal along the axis of
furnace
万方数据
第8期
方立军等 低挥发分煤燃烧 NOx 排放特性的试验研究
213
NO 浓度/(mg⋅Nm-3)
950
工况 15
750 工况 14
550
350
工况 13
150 12
3 4 5 6 测点
煤燃烧时形成氮氧化物的主要成分 合适地选取过量空气 系数可实现不同掺烧比无烟煤与贫煤混煤高效低 NO 燃烧
关键词 低挥发分煤 煤粉燃烧实验台(CRF) NOx 排放 过量空气系数
1 引言
低挥发分煤在我国煤炭总储量中占很大的比 重 约占煤炭贮藏量的 16%以上 而根据我国的 燃料政策 电站锅炉燃用低挥发分煤是一项基本 任务 如何合理开发和利用这类煤种是我国煤炭 政策的重要一环 根据我国发电用煤质量标准 干燥无灰基挥发分 Vdaf < 20%为低挥发分煤 Vdaf < 6.5%为特低挥发分煤 低挥发分煤主要指无烟煤 贫煤和劣质烟煤 其煤中挥发分含量较低 着火 较挥发分含量较高的煤困难[1] 目前 国内北方许 多大型机组采用设计煤种燃用贫煤或无烟煤 且 部分电厂采用贫煤掺烧无烟煤的方式 这些方式 对劣质煤的利用带来了一定的经济效益 但给锅 炉的安全 经济运行带来了一定问题 虽然国内 对上述煤种在燃烧特性上进行了大量研究 对 Nox 排放特性方面开展了一些工作[2], 然而对该类煤种 燃烧过程中污染物排放规律的研究还不充分 因 此 对燃用上述煤种的 NOx 生成机理开展研究 提高锅炉的效率 降低 NOx 排放量是十分重要的