煤种对超细煤粉再燃还原NO效率的影响

第24卷第12期中国电机工程学报Vol.24 No.12 Dec.20042004年12 月Proceedings of the CSEE⑥2004 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号: 0258-8013 (2004) 12-0273-04中图分类号: TK12文献标识码: A学科分类号: 470-20煤种对超细煤粉再燃还原NO效率的影响刘忠，阎维平，高正阳，赵莉(华北电力大学，河北省保定市071003 )EFFECT OF COAL TYPE ON NO REDUCTION BY MICRO-PULVERIZEDCOAL REBURNINGLIU Zhong, YAN Wei-ping, GAO Zheng-yang, ZHAO Li(North China Elctric Power University, Baoding 071003, Hebei Province, China)ABSTRACT: Micro-pulverized coal reburming is a new and之一,可使NO,的排放浓度比未采取任何限制排放effective and promising technology that used in NOx control in措施时降低50%~60%左右”,基本可以满足我国现coal-fired plants. Three types of coals are used as rebuming行的排放标准。采用再燃技术时，在炉膛内可以近coal, and N2, O2, CO2, NO are mixed as simulate flue gas似的划分为3个区域:主燃区(∞1)、 再燃区(a<1)effect of coal types on NO reduction by coal rebuming is和燃尽区(0>1)。再燃技术的本质是用再燃燃料将在studied in an experimental entrained flow reactor. It is主燃烧区中生成的NO还原成N2。这种技术简单、indicated that more NO is reduced when coals contain morevolatiles are used as rebumning fuel. To the coals whose易行，初投资和运行费用比烟气净化技术低得多。composition is different too much, especially coals whose超细煤粉燃烧作为- -种新兴的燃烧技术，具有volatiles content is different too much, efect of N content on稳燃效果好、燃烧效率高、NOx排放低、综合经济NO reduction is covered by effect of volatiles content.性高等优点(2。采用超细煤粉作为再燃燃料不仅可KEY WORDS: Thermal power engineering; Micro pulverized以提高再燃降低NOx 的效率[34，还可以降低飞灰coal; NO reduction by rebuming; Coal types; N content可燃物含量5)，减弱或消除飞灰在炉内受热面.上的摘要:以三种煤质差异较大的超细煤粉作为再燃燃料，用沉积与结渣现象6。因此，超细煤粉用于再燃技术N2、02、CO2、 NO配制模拟烟气，在立式管式携带炉中，具有广阔的应用前景。研究了煤种对再燃降低NO效率的影响。结果表明，在相同煤粉种类是影响超细煤粉再燃降低NO效率的的条件下，挥发分越大的煤种再燃还原NO效率越高;对于重要因素之一。而有关这方面的研究大多以常规煤煤质差异较大,尤其是挥发分含量差别较大的超细煤粉，其粉为再燃燃料7-),以超细煤粉作为再燃燃料深入含N量对再燃还原NO效率的影响将被挥发分的影响所掩系统地研究煤粉种类对再燃还原NO效率的影响少蔽。见报道。本文以三种燃煤的超细煤粉作为再燃燃关键词:热能动力工程;超细煤粉;再燃还原NO;煤种:料，用N2、02、CO2、NO配制模拟烟气，在立式含N量管式携带炉中,通过实验研究煤粉种类对再燃降低1引言NO效率的影响。在燃煤粉锅炉中生成的NO,中，主要是NO,2实验系统及仪器设备约占95%，而NO2仅占5%左右，N2O等的量极少。实验系统参见文[3]。以N2为平衡气体,用02、NOx是主要的大气污染物，也是形成酸雨的主要原CO2和NO等原料气体按不同工况要求的比例计量因之一。据统计，我国大型常规燃煤电站锅炉NOx配制中国煤化工实现定量给粉。 采的实际排放浓度范围为500~2000mg/Nm'.采用煤粉再燃技术是控制燃煤电站NO,排放的有效方法用不锈TH刚玉管内燃烧产物，经C.NM HC处理装置后送入基金项目:国家电力公司科技攻关资助项0(00002- 16-03)●Fisher-Rosmount公司生产的MLT4型烟气分析仪。274中国电机工程学报第24卷.取样枪的位置根据停留时间变化。烟气分析仪在使VarioelI型元素分析仪等设备测试了这三种超细用前采用标准气体标定,所用测试仪器可以满足实煤粉的煤质分析数据。煤质分析结果见表1。验的精度要求。炉入口: CO2浓度为15%左右，NO为100ppm左右，02浓度分别为4%左右，以N2为平衡气。给.3实验工况粉量分别为1.457 g/min 和1.093 g/min, 对应的再实验用3种原料煤粉取自电厂煤粉仓。将原煤燃燃料比分别为25%和20%。实验温度为1300C粉在实验室的振筛机上进行筛分，筛取45μm筛下和1200C，对应的实验气体控制流量为1.83m/hn煤粉装瓶备用。采用德国元素分析系统公司生产的和1.95m2/n。表1煤质分析结果Tab.1 The results of the coal-quality analysis元素分析1%工业分析1% _煤种_CaHsOnd_SasdAdWaVaa60.793.78716.280.6630.55113.04.9527.8大同烟煤56.773.5000.6801.99425.00.6423.3邢台贫煤59.213.0548.001.0130.85326.81.0613.84实验结果及分析煤粉再燃还原NOx过程包括挥发分的同相还4.1超细煤粉种类的影响原反应和煤焦的异相还原反应。当停留时间较短实验选用混煤(神华烟煤与准格尔褐煤,比例约时，以挥发分还原NO的同相反应为主。在再燃区1: 1)、 大同烟煤和邢台贫煤等三个煤质差别较大的内，煤粉颗粒首先发生热解，释放出挥发分。挥发煤种。分中的CH和HCN、NH;通过以下同相还原反应还图1为45μm筛下三种超细煤粉在温度1300C原N0Of12):和1200C，再燃燃料比25%和20%，氧浓度为4% .CH +NO +HCN+... .(1)条件下的再燃还原NO的实验结果。从图1可以看HCN+O，0H +N+...出，在相同的条件下，混煤再燃还原NO的效果最NH +NO→N2+...好，其次是大同烟煤，邢台贫煤效果最差。这是由此外,还存在以下反应，与式(1)竞争性的消耗CH:于煤种本身的特性所致。CH +0- +CO+H+...100◆◆混煤0「◆淝煤80F■H大同烟煤楼60F4▲邢台贫煤▲邢台贫煤40一百40-会，of会20051哈)5停留时间/s80(细)温度1300C， 再燃燃料比25%80 r(c)温度1200C,再燃燃料比25%◆◆◆泥煤，■大同烟煤大同堖煤出40路40一 ▲邢台贫煤2 20-o0.5停留时间.0is中国煤化土。(b)温度1300C,再燃燃料比20%然料比20%图1不同煤种再燃还原MHCNMHGFig.1 Test data on NO reduction by different coals reburning第12期刘忠等: 煤种对超细煤粉再燃还原NO效率的影响275在相同的再燃条件下，挥发分越大的煤种，产文的实验条件下， 从总的效果来看，就出现了NO生的CH和NH、HCN也越多。根据式(1)~(3), CH还原效率随煤粉含 N量的增加而降低的结果。和NH、HCN越多对再燃还原NO就越有利。从表1001可以看到，混煤的挥发分最高，其次是大同烟煤，30 t1300C邢台贫煤挥发分最低。这种挥发分不同，是导致再燃还原NO效率不同的重要原因之一-。50 F1200C释放出挥发分后形成的煤焦可以通过异相反40 t应还原NO,由于挥发分含量愈高的煤种其煤焦对NO的还原能力愈强3)，所以混煤煤粉释放出挥发20.70.80.91.0 Nus%分后形成的煤焦具有更高的还原NO能力。(a) 再燃燃料比25%,停留时间0.8s100[因此，使用挥发分含量高的煤粉作为再燃燃料，对再燃降低NO的排放是有利的。80对于燃煤粉电站锅炉，以煤作为再燃燃料的优6o-、 1300C势在于它的便利性，而且可以大大降低再燃系统的1200运行成本。但是，如果再燃煤粉的挥发分含量低,只40反应活性差，- 方面，NO的还原效率较低，NO.9.0Nw%排放仍然可能超标;另一方面，其着火和燃尽性也(b)再燃燃料比20%,停留时间0.8图2超细煤粉含 N量对再燃还原NO较差，在富燃料条件下进行欠氧燃烧，再加之再燃效率影响的实验结果燃料在炉内的停留时间相对较短，不完全燃烧损失Fig. 2 Effect of N content in coal on NO reduction by必然增大，降低锅炉燃烧的经济性。因此，燃煤粉micro-pulverized coal reburning电站锅炉选用挥发分含量高、反应活性大、容易着因此，对于煤质差异较大，尤其是挥发分含量火、燃尽快的超细煤粉作为再燃燃料总是有利的。差别较大的煤粉，其含N量对再燃还原NO效率的4.2 超细煤粉含N量对再燃还原NO效率的影响影响将被挥发分的影响所掩蔽。图2是45μm筛下煤粉在1300C和1200C,再对于燃煤粉电站锅炉,选用含N量较低的煤种燃燃料比25%和20%，氧浓度为4%条件下，超细作为再燃燃料要好一些。如果选用含N量高的煤粉煤粉含N量对再燃还原NO效率影响的实验结果。作为再燃燃料,虽然在再燃区对再燃还原NO有利，从图2可以看出，NO还原效率随超细煤粉含N量但是，由于再燃区的停留时间相对较短，仍有一部的增加而减小。分含N的气态中间产物和含N的煤焦进入燃尽区，煤粉中的N在热解时主要以HCN和NH的形由于燃尽区为富氧燃烧，过量空气系数较大，这将式释放号,根据式(2)~(3), HCN和NH;是再燃还原导致锅炉出口NO浓度排放增加。NO的主要参与者，再燃条件下燃料N的增加应该5结论有利于再燃还原NO。Wendt 的研究也表明，再燃燃料中含N不是问题，用煤粉再燃，HCN可以更(1)超细煤粉中的Had、Oa及挥发分按照混快的被破坏，而这是在富燃料区将NO还原为N2煤、大同烟煤、邢台贫煤的顺序依次降低。的关键的中间步骤[4。Hao Liu和Helmut9-101也发(2)在相同的条件下，混煤再燃还原NO的现燃料N对NO,的还原有正面影响。但是，从图2效果最好，其次是大同烟煤，邢台贫煤效果最差。的实验结果来看, NO还原效率随煤粉含N量的增这是因为一方面，挥发分越大的煤种，产生的挥发加而减小。这是因为:从表1来看，混煤的含N量分物质越多，对再燃还原NO就越有利;另一方面，最低，其次是大同烟煤，邢台贫煤最高，但是，在挥发分含量较高的煤种其煤焦对NO的还原能力越本文的实验条件下，煤粉热解时释放CH;和HCN、强NH，其中CH;的量要远大于HCN、NH;的量，这中国煤化工尤其是挥发分含量样，挥发分中HCN和NH;对再燃还原NO的贡献差别轧MYH.CNMHG对再燃还原NO效被CH;对再燃还原NO的贡献所掩蔽。因此，在本率的影响将被挥发分的影响所掩蔽。这是因为:在276中国电机工程学报第24卷本文的实验条件下，煤粉热解时释放CH和HCN.1968-1975.NH,其中CH的量要远大于HCN、NH的量，这8) Maly, Peler M, Zamansty. a al. Alemaive fuel rbering[], Fue,样，挥发分中CH对再燃还原NO的贡献远大于1999, 78(3); 327-334.[9] HaoLiu, Edward Haparsoumian, Benard M Gibs Evaluation ofHCN和NH的对再燃还原NO的贡献。opimal foel chancteistis for eficient NO reducion by coal参考文献rebumning[]. Fuel, 19761)1 985-993.[101 Rodiger H, Greul u, SpichoT H, e al. Disrbuio of fuel nirogen .1阎维平.洁净煤发电技术(Mm.北京:中国电力出版社. 2002.in prolysis products used for rburing[]. Fuel, 1997, 763);:(2] Nakamun M Tlkashi K Muwaharn M. ert al Demonstation test and201-205.pracial studices o combustion lechnologes of MicroPuverzed coal(叫钟北京，施卫伟.傅维标煤再她过程中燃料特性对NO还厭的影[C]. Inematioal Coference on Power Eginering-97, Tokyo, 1997.响[办燃烧科学与技术, 202.72);2 15-119.3) 刘忠，阂维平，高正阳，等超细煤粉的细度对再燃还原NO的影Zhong Bejig. Shi Weiwe. Pu Weibio. Inunce of fuel characens响D中国电机工程学报, 203,0 23 (10); 204-208.NO reduction in the proces of coal rburmingJ]. Joumal ofLiu Zhong. Yan Weiping. Gao Zhengyang. eral The efetoft thecombustion science and technology。2001,2: 15-119.micro- pulverized coal fineness on the no reduction byy rebuming[].[12] Smo LD.知s C, Xu H NO, cotol drough rburingIn,Pocedigs of the CSEE . 20030 23 (10); 204-208.Progres in EBnergy and Combust Sci. 198.24: 385-408.41) 吴少华。刘辉，姜秀民,等.采用超细煤粉再燃技术降低氨氧化物[13]刘忠煤粉及煤焦再燃还原NO的实验与化学动力学机理研究[D]排放I].中国电力，203.362;2 14.保定:华北电力大学, 2003.Wu Shaohua Liu Hoi, Jiang Xiumin. Adop reburing tchnoloyy ofLiu Zhong. Experiments and study on chemistryr kinetic mechanismsuperfine pulverized coal to reduce NO2 emission[J]. Electrie Power,ofNOreduction by puveried coal and char rebumingD] Baoding:2003, 362); 14.North China Elcric Power Unvrsity, 200305] 姜秀民，李巨斌邱健荣.超细化煤粉燃烧特性的研究[].中国电[14] WendtJ o L Mechanisms govening the frmation a机工程学报, 200206)071-75.NO and other nitogenous species in low NO coml combustionJiang Xumin, u Jubin, Qiu Jarng Study on combustosystcms[J]. Combust Sci. Tech, 1995, 108: 323-344.characerisis of micropuleried cal[DI. Procedings of the CsEE,200.20(6); 71-75.收稿日期: 2004-07-26.[6] 姜秀民，杨海平，李巨斌，等. 煤粉超細化对炉内受热面积灰作者简介:与结渣的影响门。热能动力工程, 20(3); 254-257.刘惠(966), 男，博士,副教授，研究方向为炉内过程与污染物Jiang Xiumin, Yang Haipig Li Jubin, er al. Efeet of super-fine控制;pulverized coal on sh and slag buildup in boiler heating suraced.阁维1955-),男,博士生导师，研究方向为洁净煤她烧技术及先进的传热传质技术: .Jourmal of eninering for thermnal energy and power, 2002, 17(3);254-257.制。高正阳(1972), 男，博士，讲师，研究方向为炉内过程与污染物控[7] ChenW . Ma Long Bfcr of heregecos mechanisms duringrebuming of nirogen oxide[I. AIChE Jounal, 1996, 427);中国煤化工MHCNMHG