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    預(yù)熱燃料在無焰燃燒模式下的NOx排放特性

    2019-06-04 09:28:24歐陽子區(qū)曹曉陽那永潔1
    中國粉體技術(shù) 2019年4期

    劉 穩(wěn),歐陽子區(qū),曹曉陽,那永潔1,

    (1. 中國科學(xué)院大學(xué) 工程科學(xué)學(xué)院, 北京 100049; 2. 中國科學(xué)院 工程熱物理研究所,北京 100190)

    為了控制煤粉等固體燃料燃燒過程中的NOx排放,低NOx燃燒技術(shù)得到迅猛發(fā)展。由于國家的環(huán)保要求越發(fā)嚴(yán)格,因此現(xiàn)有的技術(shù)很難實現(xiàn)NOx的達標(biāo)排放。

    作為新型燃燒技術(shù),無焰燃燒技術(shù)在NOx排放控制上展現(xiàn)出巨大潛力[1-2],最近30年得到眾多研究人員的青睞并迅速發(fā)展。研究結(jié)果表明,在無焰燃燒區(qū)域內(nèi),燃燒溫度分布均勻,溫度峰值低,無火焰鋒面,噪音小且NOx排放水平低[3-4]。無焰燃燒技術(shù)逐步發(fā)展完善,其適應(yīng)燃料從最初的氣體燃料[2,5-7]已拓展至固體燃料[8-11]。文獻[12]指出,實現(xiàn)無焰燃燒一般需要滿足: 1)反應(yīng)前氧化劑被預(yù)熱或爐內(nèi)任意處的溫度均大于燃料的自燃點;2)反應(yīng)物高速射流,以使其被高溫?zé)煔獬浞窒♂專?)反應(yīng)區(qū)中氧氣的體積分?jǐn)?shù)低于15%。對于固體燃料,其實現(xiàn)方式主要是利用燃?xì)馊紵蛘咝顭狍w產(chǎn)生的高溫低氧空氣[13-14]作為助燃空氣,或者利用常溫空氣高速射流卷吸煙氣[8-9]。但對于利用預(yù)熱燃料的方式卻很少涉及。全俄熱工研究院曾對煤粉預(yù)熱技術(shù)有過深入的研究,證實該技術(shù)高效而穩(wěn)定[15-16]。但該技術(shù)是通過天然氣燃燒的方式來預(yù)熱煤粉,需外加熱源,使試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

    中國科學(xué)院工程熱物理研究所提出基于循環(huán)流化床的新型預(yù)熱燃燒技術(shù)[17],燃料通過部分燃燒實現(xiàn)自身預(yù)熱,無需外部熱源?;谠擁椉夹g(shù)而搭建了煤粉預(yù)熱燃燒試驗平臺,并展開了大量試驗,其結(jié)果表明該技術(shù)運行穩(wěn)定,燃料可預(yù)熱至800 ℃以上,超過燃料的自燃點[18-21]。本文中在前期的工作基礎(chǔ)上,旨在利用該項預(yù)熱燃燒技術(shù)來實現(xiàn)神木煙煤粉的無焰燃燒,并對低揮發(fā)分、難燃的氣化細(xì)粉灰的無焰燃燒進行相關(guān)探索性試驗。

    1 實驗

    1.1 裝置和過程

    本文中采用30 kW煤粉無焰燃燒試驗臺,其系統(tǒng)流程見圖1。該系統(tǒng)由預(yù)熱燃燒器、下行燃燒室及其他部分構(gòu)成。

    預(yù)熱燃燒器由提升管(內(nèi)徑為90 mm,高度為1 500 mm)、分離器及返料器構(gòu)成。一次風(fēng)(約占理論空氣質(zhì)量的20%~40%)從提升管底部供入。煤粉進入預(yù)熱燃燒器后部分燃燒,并將加熱自身至800 ℃以上。產(chǎn)生的高溫煤焦和煤氣(合稱預(yù)熱燃料),從分離器出口進入下行燃燒室(內(nèi)徑為300 mm,高為3 500 mm)。

    燃料噴口(內(nèi)徑為36 mm)和二次風(fēng)噴口(內(nèi)徑為7 mm)布置在下行燃燒室頂部。在噴口以下1 000 mm處的側(cè)墻上布置一層三次風(fēng)噴口。在下行燃燒室側(cè)墻上布置有6層觀火窗,其中最上2層為15 mm×150 mm的方形,位于燃料噴口以下80及250 mm處,以下4層為內(nèi)徑63 mm的圓形,分別位于600、900、1200、1 600 mm處。有少量壓縮空氣引入觀火窗,以便其在積灰時可以進行吹掃。該部分壓縮空氣在試驗過程中很少通入且總量極少,故其對燃燒的影響在本文中沒有考慮。

    1—空氣壓縮機;2—給煤機;3—預(yù)熱燃燒器;4—下行燃燒室。圖1 30 kW煤粉無焰燃燒實驗臺工藝流程Fig.1 Schematic of 30 kW coal flames combustion test rig

    預(yù)熱燃燒器安裝有5支K型熱電偶;下行燃燒室沿途布置有10支S型熱電偶,分別位于預(yù)熱燃料噴口以下100、250、400、600、800、1 200、1 600、2 100、2 600、3 200 mm處。在分離器出口處及在燃料噴口以下150、400、900、1 400、2 400、3 400 mm處設(shè)有取樣口,用于采集固體及氣體樣品進行分析。氣體樣品由Gasmet DX4000煙氣分析儀在線檢測;燃燒室出口的煙氣氧含量由氧化鋯在線監(jiān)測;在煙氣冷卻器出口進行飛灰取樣并分析含碳量。系統(tǒng)各測點的溫度值每秒采集一個數(shù)據(jù)且采集到的溫度波動在±4 ℃以內(nèi)。

    1.2 原料

    選取了高揮發(fā)分、低灰分的神木煙煤(陜西神木)及低揮發(fā)分、高灰分的氣化細(xì)粉灰(江蘇宿遷)為燃料,2種燃料的粒徑分布范圍均為0~100 μm,其工業(yè)分析及元素分析的收到基結(jié)果見表1。

    表1 實驗原料工業(yè)分析和元素分析

    1.3 工況

    具體工況見表2。表中空氣當(dāng)量比指通入的空氣量與理論空氣量的比值(質(zhì)量比);過量空氣系數(shù)指總空氣量與理論空氣量的比值。預(yù)熱溫度指預(yù)熱燃燒器內(nèi)的平均溫度。

    2 結(jié)果及分析

    2.1 預(yù)熱特性

    燃料進入預(yù)熱燃燒器后進行部分燃燒,釋放的熱量用以加熱自身,并在無外界熱源狀態(tài)下維持預(yù)熱燃燒器的高溫(>900 ℃)穩(wěn)定運行。結(jié)果表明,預(yù)熱燃燒器內(nèi)部溫度分布均勻,最大溫差<30 ℃,隨時間的波動較小,在±4 ℃以內(nèi)。由于供入的風(fēng)量遠遠不足,在預(yù)熱燃燒器內(nèi)氣化反應(yīng),因此,在預(yù)熱燃燒器的出口煙氣中,除了存在CO2及N2外,還有H2、CO等可燃?xì)怏w成分,該部分氣體將有助于預(yù)熱燃料在下行燃燒室的燃燒。

    實驗過程中,在預(yù)熱燃燒器出口處收集煤焦,并對其進行工業(yè)分析與元素分析,分析結(jié)果見表3。根據(jù)灰平衡假設(shè)[22],對神木煙煤及氣化細(xì)粉灰預(yù)熱過程中的各組分轉(zhuǎn)化率(某成分消耗的量/原煤中該成分含有的總量)進行計算:

    表2 試驗工況

    X組分剩余率=樣品X含量×原煤灰含量/樣品灰含量/原煤X含量,

    X組分轉(zhuǎn)化率=1-X組分剩余率。

    計算結(jié)果表明,神木煙煤揮發(fā)分及固定碳的轉(zhuǎn)化率分別為79.37%及48.14%,而氣化細(xì)粉灰則為63.39%和40.38%。可知,經(jīng)過預(yù)熱過程,燃料中大部分揮發(fā)分析出,其中的氮也隨之析出;另有接近50%的固定碳轉(zhuǎn)化。由于是還原性氣氛,大部分析出的氮轉(zhuǎn)化為了N2,其余轉(zhuǎn)化為NOx的前驅(qū)物NH3和HCN[18,21]。因N2不易轉(zhuǎn)化為NOx,燃料經(jīng)預(yù)熱后可在一定程度上降低NOx。氣化細(xì)粉灰是循環(huán)流化床煤氣化工藝的副產(chǎn)品,揮發(fā)分低而灰分高,反應(yīng)活性較弱,因而其揮發(fā)分及固定碳轉(zhuǎn)化率均較低。故在實際運行過程中,為維持在無輔助熱源下的熱量自平衡,氣化細(xì)粉灰供給量較大,其試驗功率高于神木煙煤的試驗功率。

    表3 煤焦的工業(yè)及元素分析

    2.2 燃燒特性

    預(yù)熱燃料與二次風(fēng)由下行燃燒室的頂部平行射入下行燃燒室,由于預(yù)熱燃料自身溫度較高,因此能穩(wěn)定燃燒。因均相反應(yīng)速率快,煤氣在進入下行燃燒室的極短時間內(nèi)便與氧化劑混合燃燒。而煤焦雖然高溫,但其燃燒屬于異相反應(yīng),反應(yīng)速率慢,燃燒反應(yīng)的時間較長。為了保障完全燃燒,下行燃燒室軸向的設(shè)計尺寸足夠長(3 500 mm)。根據(jù)預(yù)熱燃料的燃燒特性,可以將下行燃燒室劃分為3個區(qū)域,即煤氣燃燒區(qū)、焦炭燃燒區(qū)以及燃燼區(qū),如圖2所示。

    圖2 下行燃燒室燃燒分區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram of combustion zones in down-fired combustor

    煤氣燃燒區(qū):主要發(fā)生煤氣的燃燒化學(xué)反應(yīng),煤焦穿過這個區(qū)域會被進一步加熱,且揮發(fā)分再析出、部分焦炭發(fā)生二次氣化。煤氣燃燒所釋放的熱量除小部分對外散熱,其余部分用于加熱燃燒空氣(二次風(fēng))、生成的煙氣及煤焦,另有部分成為焦碳的氣化反應(yīng)熱源。此區(qū)域為強還原性氣氛,含氮前驅(qū)物主要轉(zhuǎn)化為N2,NOx生成受到抑制。

    焦炭燃燒區(qū):主要發(fā)生焦炭及CO等的燃燒反應(yīng),燃燒溫度會進一步提高。穿過煤氣燃燒區(qū)后,焦炭溫度更高,反應(yīng)活性更好,且與氧化劑的混合更充分,故而開始燃燒放熱。由于進入大空間后的燃料射流速度減慢及煙氣回流,固體焦炭的停留時間更長,因此利于燃燒的進行。但鑒于異相反應(yīng)的慢速率,相較于煤氣燃燒區(qū),該燃燒區(qū)范圍更廣。焦炭燃燒區(qū)是NOx生成的主要區(qū)域,對該區(qū)域的有效調(diào)控將有助于減少NOx排放。

    燃燼區(qū):燃料完成反應(yīng),由于系統(tǒng)散熱,燃燒溫度開始持續(xù)降低。設(shè)計該區(qū)域主要是為不同燃料的充分燃燒提供余量。該區(qū)域燃燒反應(yīng)雖基本停止,但由于其有較高的溫度,且含有焦炭,NOx的還原反應(yīng)仍有可能繼續(xù)進行。

    2.2.1 下行燃燒室軸向溫度分布

    下行燃燒室軸向溫度分布曲線見圖3。由圖可知,氣化細(xì)粉灰燃燒溫度普遍高于神木煙煤的燃燒溫度,這是由氣化細(xì)粉灰試驗時的輸入功率比較大決定的。由于氣化細(xì)粉灰的給煤量遠高于神木煙煤,而揮發(fā)分及固定碳轉(zhuǎn)化率與神木煙煤相比區(qū)別不大,因此其煤氣產(chǎn)量高于神木煙煤,因而在下行燃燒室的煤氣燃燒區(qū)的燃燒溫度更高。同時,由于進入下行燃燒室的煤氣及二次風(fēng)射流速度更快,使得下游煙氣回流,煤氣燃燒區(qū)及煤焦燃燒區(qū)部分重合,溫度基本一致。而對于神木煙煤,由于煤氣產(chǎn)量少,煤氣燃燒區(qū)溫度低。相比于氣化細(xì)粉灰,神木煙煤溫度分布更為均勻,峰值溫度更低。

    定義Tmean為燃燒室內(nèi)的空間平均溫度,T’為均方根溫度波動[23],則:

    (1)

    (2)

    式中:T為下行燃燒室不同測點的溫度,dV為對下行燃燒室體積的微分。

    經(jīng)計算,在整個下行燃燒室空間內(nèi),神木煙煤的空間平均溫度為887.77 ℃,均方根溫度波動為8.90%;氣化細(xì)粉灰的空間平均溫度為961.15 ℃,均方根溫度波動為8.05%。若不考慮燃燼區(qū),計算實際煤氣及煤焦的燃燒空間(0~2 100 mm),則神木煙煤的空間平均溫度提高至937.15,而均方根溫度波動降至3.22%;對于氣化細(xì)粉灰,其空間平均溫度為1 008.64 ℃,均方根溫度波動為4.17%。可見,在整個燃燒室空間內(nèi),氣化細(xì)粉灰的均方根溫度波動小于神木煙煤,而在實際的燃燒空間內(nèi),神木煙煤則明顯更小。Kumar等[23]將反應(yīng)器內(nèi)溫度歸一化之后空間溫度變化在15%以內(nèi)的燃燒定義為無焰燃燒。本試驗中,燃燒室均方根溫度波動均小于15%,尤其是在實際燃燒區(qū)內(nèi),均方根溫度波動甚至低于5%,滿足該無焰燃燒的定義。

    圖3 下行燃燒室軸向溫度分布Fig.3 Temperature profiles along axis down-fired combustor

    2.2.2 焦炭中的碳含量及其碳轉(zhuǎn)化率

    試驗過程中在下行燃燒室的6個取樣口進行焦炭采樣,對收集到的焦炭樣品進行含碳量分析及碳轉(zhuǎn)化率計算,結(jié)果見圖4。

    氣化細(xì)粉灰沿程焦炭的碳含量均低于神木煙煤,這是由氣化細(xì)粉灰本身的低碳含量造成的。2種燃料的碳含量變化趨勢基本一致,在燃料噴口附近迅速下降,在達到第1個峰值點后開始下降并最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。鑒于焦炭中其他成分的轉(zhuǎn)化也會嚴(yán)重影響焦炭的碳含量,故碳轉(zhuǎn)化率更能客觀表征碳的燃燒過程,反映焦炭燃燒的本質(zhì)。

    由碳轉(zhuǎn)化率曲線,可知其變化趨勢與碳含量相反,這是可預(yù)料到的。由于整個燃燒進程中碳是不斷消耗的,因此碳轉(zhuǎn)化率曲線一方面表征焦碳的反應(yīng)進程,另一方面也可表明焦炭在燃燒室中的流動路線。由于燃料高速射流,在燃料噴口附近存在逆壓區(qū)域,下游焦炭隨著煙氣回流,因此碳轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先升高再降低后再升高的變化趨勢。氣化細(xì)粉灰在燃料噴口附近由于有更高的燃燒溫度及更大的射流速度,故其回流區(qū)范圍更大回流量更多,故焦炭中的碳轉(zhuǎn)化率變化也大,存在碳轉(zhuǎn)化率降低的范圍也更廣。

    在燃料噴口1 000 mm以下,碳轉(zhuǎn)化率開始升高,且升高的速率逐漸減慢。一方面是煙氣回流率開始降低,另一方面隨著碳的消耗,燃燒反應(yīng)逐漸減弱。在燃燒室2 000 mm以下焦炭轉(zhuǎn)化率基本不再變化,由此可說明2 000 mm以下進入燃燼區(qū),燃燒反應(yīng)基本停止。

    燃燒效率可用式(3)表示。

    a 碳含量b 碳轉(zhuǎn)化率圖4 下行燃燒室沿程焦炭中碳含量及碳轉(zhuǎn)化率變化曲線Fig.4 Carbon content in coal chars and carbon conversion rate along axis of down-fired combustor

    η=1-q3-q4,

    (3)

    (4)

    (5)

    式中:q3是物理不完全燃燒熱損失;q4是化學(xué)不完全燃燒熱損失;Cf是尾部飛灰中的未燃碳含量;Vgy是下行燃燒室出口的干煙氣體積;CO是出口一氧化碳體積分?jǐn)?shù);Qnet指燃料收到基的低位熱值。

    對于神木煙煤,其尾部飛灰中未燃碳含量為17.8%,CO質(zhì)量濃度為173.1 mg/m3;而對于氣化細(xì)粉灰,未燃碳及CO含量分別為11.5%及107.9 mg/m3。故計算燃燒效率分別為96.8%及89.9%。

    2.2.3 火焰圖片

    下行燃燒室內(nèi)沿軸線方向的火焰圖見圖5,其中最上層觀火窗緊靠下行燃燒室頂部。由圖可見,在0~1 600 mm的范圍內(nèi),下行燃燒室內(nèi)部均可見亮度,但是沒有發(fā)現(xiàn)火焰鋒面,表明無焰燃燒是體積燃燒,與傳統(tǒng)火焰燃燒有本質(zhì)的區(qū)別。與氣化細(xì)粉灰相比,神木煙煤的觀火窗照片整體較暗,但亮度更均勻,且下行燃燒室內(nèi)更為透明。對于氣化細(xì)粉灰,由于給煤量較大,且原煤中灰分偏高,因此其實際在下行燃燒室內(nèi)的焦炭流量較大,且其燃燒溫度較高,從而導(dǎo)致氣化細(xì)粉灰試驗中下行燃燒室亮度普遍偏高。

    縱使在可燃物消耗殆盡,反應(yīng)減弱時,大量的高溫固體焦炭依然具有足夠高的發(fā)光率,使得下行燃燒室并未因燃燒減弱而特別暗淡。對于2種燃料,下行燃燒室頂部圖片均較暗,一方面是由于該燃燒區(qū)域的燃燒溫度較低,另一方面煤氣燃燒的發(fā)光較弱。對比圖3可知,對于氣化細(xì)粉灰,下行燃燒室頂部0~900 mm區(qū)間內(nèi)的燃燒溫度基本一致,然而觀火窗照片的亮度變化卻較大。

    a 神木煙煤,80 mmb 氣化細(xì)粉灰,80 mmc 神木煙煤,250 mmd 氣化細(xì)粉灰,250 mme 神木煙煤,600 mmf 氣化細(xì)粉灰,600 mm

    g 神木煙煤,900 mmh 氣化細(xì)粉灰,900 mmi 神木煙煤,1 200 mmj 氣化細(xì)粉灰,1 200 mmk 神木煙煤,1 600 mml 氣化細(xì)粉灰,1 600 mm圖5 沿下行燃燒室軸線方向不同位置的火焰照片F(xiàn)ig.5 Flame images along axis of down-fired combustor

    對每張照片進行灰度處理并計算照片的平均灰度值,由此繪制出沿燃燒室軸線方向的照片灰度比值變化曲線,見圖6。

    圖6 火焰照片灰度值變化曲線Fig.6 Gray value curves of flame images

    由于照片的灰度值變化很大程度上可以表征照片的亮度變化,因此圖6也可看成是下行燃燒室的亮度變化曲線圖。由圖可以看出,神木煙煤預(yù)熱燃料燃燒時不同位置的亮度基本相同,而氣化細(xì)粉灰預(yù)熱燃料燃燒室不同位置的亮度變化較大。氣化細(xì)粉灰試驗時在下行燃燒室600 mm處亮度最高,可知在該區(qū)域焦炭燃燒反應(yīng)最劇烈; 在600 mm以后,亮度減弱,這是焦炭中碳含量逐步降低導(dǎo)致的; 在1 000 mm通入三次風(fēng)后,并未見亮度有明顯變化,也未見燃燒溫度明顯變化(圖3),但碳轉(zhuǎn)化率急劇上升(圖4)。

    為了獲得無焰燃燒模式下的燃燒穩(wěn)定性規(guī)律,本次試驗使用相機(固定相機參數(shù))拍攝了一組下行燃燒室的觀火窗視頻,并對每個視頻進行了相同方式的處理,最終獲得視頻灰度值的波動性曲線。

    具體處理步驟為:

    1)在穩(wěn)定運行工況下,固定相機拍攝觀火窗視頻。

    2)獲得視頻的每一幀圖片,并將真彩圖轉(zhuǎn)化為灰度值圖。

    3)計算每一幀圖片的相關(guān)性系數(shù)并獲得相關(guān)性系數(shù)-幀數(shù)曲線。

    設(shè)第n幀圖片某點(n1,n2)的灰度值記為Xn(n1,n2),視頻(多幀圖片)的平均灰度值矩陣記為X,則第n幀圖片歸一化的相關(guān)性系數(shù)Cn[24]可表示為

    (6)

    式中:M1和M2分別表示單幀圖片水平及豎直像素的點數(shù);及分別表示X及Xn的平均值;Cn的變化表征了火焰燃燒的穩(wěn)定性及燃燒反應(yīng)的強度。

    由上述方法獲得的相關(guān)性系數(shù)-幀數(shù)曲線見圖7。由圖可以看出,與氣化細(xì)粉灰相比,神木煙煤的灰度值波動性更大,且在0~1 200 mm范圍內(nèi)均有一定幅度的波動。曲線的波動大小反應(yīng)了預(yù)熱燃料的反應(yīng)強弱(包括燃燒反應(yīng)和氣化反應(yīng))。對于神木煙煤,其反應(yīng)活性大,焦炭的燃燒反應(yīng)沿整個燃燒區(qū)(0~1 200 mm)進行,尤其在600~1 200 mm的范圍內(nèi),燃燒反應(yīng)更激烈。對于氣化細(xì)粉灰,由于其預(yù)熱后的煤焦含碳量低且灰分高,焦炭的燃燒反應(yīng)影響較小,在600 mm處波動幅度最大,在該區(qū)域燃燒反應(yīng)最強。在通入三次風(fēng)后,焦炭仍可進一步反應(yīng),并在900 mm以下再次出現(xiàn)較低程度的燃燒。

    2.3 NOx排放特性

    CO及NOx沿下行燃燒室軸線方向的含量變化曲線見圖8。由CO變化曲線可知,神木煙煤及氣化細(xì)粉灰試驗時CO含量的變化趨勢相似。在燃料噴口附近由于CO的大量存在,還原性氣氛強,NOx的前驅(qū)物更易向N2轉(zhuǎn)化[25],其生成受到抑制。在400~900 mm區(qū)間,CO急劇下降至較低水平,該反應(yīng)區(qū)間是CO的主要燃燒區(qū)。900 mm以后,CO基本不再變化。由圖可以看出,CO的消耗是在三次風(fēng)(1 000 mm)噴入之前。神木煙煤工況中CO排放體積分?jǐn)?shù)為1.73×10-4,氣化細(xì)粉灰工況中CO排放體積分?jǐn)?shù)為1.07×10-4。

    a 神木煙煤,80 mmb 氣化細(xì)粉灰,80 mmc 神木煙煤,250 mmd 氣化細(xì)粉灰,250 mm

    e 神木煙煤,600 mmf 氣化細(xì)粉灰,600 mmg 神木煙煤,900 mmh 氣化細(xì)粉灰,900 mmi 神木煙煤,1 200 mmj 氣化細(xì)粉灰,1 200 mmk 神木煙煤,1 600 mml 氣化細(xì)粉灰,1 600 mm圖7 相關(guān)性系數(shù)-幀數(shù)的曲線Fig.7 Correlation coefficient-frames curves

    a CO

    b NOx圖8 CO及NOx沿燃燒室軸線方向的濃度變化Fig.8 CO and NOx concentration along axis of down-fired combustor

    預(yù)熱過程中生成的高溫煤氣具有強還原性,其成分中不含NOx,NOx在下行燃燒室內(nèi)生成。對于煤粉預(yù)熱燃燒系統(tǒng),一系列試驗研究表明[18-20],NOx主要來源于燃料氮。而燃料中絕大部分的揮發(fā)分N在預(yù)熱過程中析出,由于預(yù)熱過程為強還原性氣氛,因而不會轉(zhuǎn)化為NOx,因此NOx主要源于焦炭氮。在CO濃度開始降低時,NOx同時開始大量生成。在三次風(fēng)噴口以下,NOx濃度持續(xù)下降,即三次風(fēng)的通入并未增加NOx的生成,這與某些研究結(jié)果[26-27]正好相反。分析認(rèn)為,三次風(fēng)噴口以下,燃燒溫度較低,故NOx生成受到限制。氧量雖然增加,但焦炭對NOx的還原反應(yīng)依然存在,且適當(dāng)?shù)难趿靠赡軙龠MNOx的還原[28-29],故導(dǎo)致NOx濃度下降。在該區(qū)域發(fā)生的是焦炭與NOx的異相還原反應(yīng),還原程度取決于焦炭的反應(yīng)性。因神木煙煤焦炭的反應(yīng)性更強,故其NOx的還原量更多。本試驗中,其最終的NOx排放體積分?jǐn)?shù)分別為58.4×10-6及62.3×10-6,轉(zhuǎn)化為體積分?jǐn)?shù)6%的O2則為90.4、96.7 mg/m3,均低于100 mg/m3。

    3 結(jié)論

    1)實驗系統(tǒng)不僅適用于高揮發(fā)分的神木煙煤,也適應(yīng)于低揮發(fā)分的氣化細(xì)粉灰,且系統(tǒng)運行穩(wěn)定,溫度波動較小。

    2)燃料經(jīng)過預(yù)熱燃燒器可以被預(yù)熱至較高溫度,且預(yù)熱燃燒器內(nèi)部溫度分布均勻,最大溫差低于30 ℃,預(yù)熱過程中燃料中的大部分揮發(fā)分析出。

    3)對于神木煙煤和氣化細(xì)粉灰,下行燃燒室的溫度分布都比較均勻,均方根溫度波動值均低于10%,在實際燃燒區(qū)甚至低于5%。使用相機對下行燃燒室不同部位進行拍照,沒有明顯的火焰鋒面。

    4)實驗產(chǎn)生的NOx主要來源于焦炭氮,且隨著焦炭的燃燒過程而被釋放,并在迅速達到峰值后開始下降,在焦炭的異相還原反應(yīng)下,可以降至較低水平。本試驗中2種燃料的NOx排放均較低,均低于100 mg/m3。

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