燃煤特性对NOx排放的影响及低NOx偏置周界风燃烧器CAT试验研究.pdf

浙江大学 硕士学位论文 燃煤特性对NOx排放的影响及低NOx偏置周界风燃烧器CAT试验研 究 姓名邹平国 申请学位级别硕士 专业工程热物理 指导教师赵虹;周永刚 20060301 摘要 我国燃煤发电N O x 的排放浓度较高，不满足国家N O x 控制技术要求，且 N O x 污染收费的推行将对电厂经济性产生很大影响。在现有炉膛基本布置结构 基础上，通过燃烧系统改造等措施达到N O x 排放控制要求具有重要的现实意 义。 本文采用灰色系统理论的关联分析方法，基于大型沉降炉试验，分析了反 映燃料N 转化率变化的物理、化学特性指标与燃料N 转化率之间的关联程度， 建立了燃煤特性与燃料N 转化率之间的关系系数F C I 。文献试验结果亦证实燃 料系数F C I 能够正确反映出煤燃烧过程中N O x 排放变化规律，且同种燃烧状态 下，燃煤F C I 值与其燃料N 转化率呈线性变化关系。电厂煤种适应性试验进一 步说明了基于F C l 分析，采用合理的燃烧调整手段，可促进锅炉变煤种的高效、 低污染燃烧。这也为燃烧器改造前后评价过程中剔除煤质数据不一致带来N O x 排放量的变化提供依据。 本文基于F L U E N T 数值试验平台，对低N O x 偏置周界风燃烧器气固两相流 动特性以及在大型电站锅炉中的应用进行了数值试验研究。结果表明偏置周界 风燃烧器在保证煤粉气流着火稳定性同时，具备较强的防止喷口带火能力及低 N O x 燃烧能力，并能够保证了水冷壁附近处于相对较高的氧化性氛围，从而解 决水冷壁高温腐蚀、结渣等问题。文中还进一步分析了低N O x 偏置周界风燃烧 器各种运行状态下炉内气固两相流动特征，为进一步优化炉内气固两相流场， 组织燃烧初始局部区域的0 2 浓度，降低电厂N O x 排放水平提出更好的设计思 想。 关键词；N O x ，燃煤特性，燃料N 转化率，偏置周界风，气固两相，数值模拟 A B S T R A C T T h ec o n c e n t r a t i o no f N O xe m i s s i o ni sh i g hi nt h ec o a lc o m b u s t i o ng e n e r a t i o ni n O U rc o u n t r y , w h i c hi sd i s s a t i s f i e dt h ec r i t e r i ao ft h en a t i o n a lN O xe m i s s i o nc o n t r 0 1 ． A n df u r t h e rm o r e ，t h ep u s ho f N O x p o l l u t i o nc h a r g ef e ew i l le f f e c tt h ee c o n o m i co f p o w e rp l a n t s ．S ob a s e do nt h es k e l e t o no fb o i l e ri ne x i s t e n c e ，i t ’Sh a v i n gg r e a t r e a l i s ms i n i f i c e n tt oa c h i e v et h er e q u i r e m e n to fN O xe m i s s i o nc o n t r o lt h r o u g h m o d i f i c a t i o no f c o m b u s t i o ns y s t e m ． T h ec o r r e l a t i v ea n a l y s i si ng r e ys y s t e mi sa d o p t e dt oa n a l y z et h ec o r r e l a t i v e d e g r e eo ft h ep h y s i c a l c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i ci n d e x e s 诵t l lf u e ln i t r o g e n c o n v e r s i o nr a t e ，w h i c hm e a s u r e di nal a r g es c a l ed r o p p i n gt u b ef u r n a c e ．C o r r e l a t i o n i n d e xF C Ii se s t a b l i s h e dt or e f l e c tt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p u l v e r i z e d c o a l c h a r a c t e r i s t i c sa n df u e ln i t r o g e nc o n v e r s i o nr a t e ．n 圯e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e d t h a tf u e lc h a r a c t e r i s t i ci n d e xf f c oc o u l dr e f l e c tt h ee m i s s i o nv a r i a b i l i t yo fN O xi n c o a lc o m b u s t i o n , a n dt h er e l a t i o nb e l 胁锄F C Ia n dC ra r ep r e s e n t e da sal i n e a rt y p e i nt h es a m ec o m b u s t i n gc o n d i t i o n ．F u r t h e rm o r e , t h ev a r i e dc o a lf i r i n ge x p e r i m e n t s i nap o w e rp l a n tc o u l di n d i c a t et h a th i g h l ye f f i c i e n ta n dl o wp o l l u t a n te m i s s i o nr a t e i nv a r i e dc o a lf i r i n gc o u l db ep r o m o t e db ys u i t a b l ep a r a m e t e r sa d j u s t m e n tb a s e do n F C Ia n a l y z i n g ．I ta l s op r o v i d eg i s tt oe l i m i n a t et h ee f f e c to f N O xe m i s s i o nc a p a c i t y b yt h ed i f f e r e n tc o a lq u a l i t yc o m b u s t i o ni nt h ee v a l u a t i o np r o c e s so fc o m b u s t i o n b u r n e rm o d i f i c a t i o n ． B a s e do nF L U E N T , w h i c hi san u m e r i c a l e x p e r i m e n t a lp l a t , n u m e r i c a l s i m u l a t i o nr e s e a r c hW a su n d e r t o o kt os t u d yt h eg a s - s o l i dp h a s e sf l o wc h a r a c t e r i s t i c o fl o wN O xd e f l e c t a b l ed e p o s i t e d p e r i m e t e r a i rc o m b u s t i o nb u r n e ra n di t s a p p l i c a t i o no nl a r g es c a l ep o w e rp l a n tb o i l e r ．T h en u m e r i c a le x p e r i m e n t a lr e s u l t i n d i c a t e dt h a tp e r i m e t e ra i rd e f l e c t a b l ed e p o s i t e db u r n e rc o u l de 1 1 8 u r et h ef l u m e s t a b i l i t y , p r e v e n ts p o u tf i r ec a r r y i n ga n dp r o m o t el o wp o l l u t a n te m i s s i o nc o m b u s t i o n ． F u r t h e r m o r e ，i te n s u r e dt h ew a t e r - w a l lb eo nt h eo x i d a t i o na t m o s p h e r e ，w h i c hc o u l d s o l v et h ep r o b l e m so f h i g ht e m p e r a t u r ee r o s i o na n ds l a g g i n go nt h ew a t e r - w a l l ． K e yw o r d s N O x ，c o a lC h a r a c t e r i s t i c ，f u e ln i t r o g e nc o n v e r s i o nr o t e , d e f l e c t a b l e d e p o s i t e dp e r i m e t e ra i r , g a s - s o l i dp h a s e S ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 学号鲨翌旦丝 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得澎鎏盘鲎或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者躲多f 平目签字日期．z 一舌年岁月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎鎏盘茎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权堑姿盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 签字日期≯门f 年 ；P 耳阅 弓月 ≥日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 铆繇抛2 么／ 签字日期多矿，g 年；月芗日 电话 邮编 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 1 ．1N O x 概述 大气中主要含氮的化合物质有N 2 0 、N O 、N 0 2 、N H 3 以及硝酸盐 N 0 3 ‘ ，亚 硝酸盐 N 0 2 。 、胺盐 N H 4 等【1 , 2 1 。我们通常所说的N O x 是指其中的N O 、N 0 2 和N 2 0 [ 堙1 N O 是燃烧排放N O x 的主要成分；N 0 2 中- d , 部分是在燃烧过程中随 着N O 在一起产生的，大部分则是N O 氧化转变而来；N 2 0 俗称笑气 主要源于 生物活动，如植物和酵母菌，N 2 0 的则在中温矿物燃料燃烧过程中生成量较大， 温度较低过程 如流化床燃烧 中考虑较多，一般在煤粉锅炉燃烧中可以忽略。 研究表明N O x 会引起光化学烟雾的产生，引起对流层0 3 浓度变化，且对全球气候 产生影响，N O x 也是酸雨的一个重要来源，这对人类健康、人类活动及动、植物 的生长产生很大影响I l J 。 1 ．2 国家控制标准 早在1 9 7 1 年，美国国家环保署就公布了环境空气质量标准，对空气中N O x 含 量进行限制p 】。随后各国根据技术能到达的水平和减少污染气体总排放量的目标制 定了相应的固定污染源N O x 排放控制标准[ 4 1 。我国于1 9 9 6 年开始对大型电站锅炉 N O x 排放浓度进行了限制，并在2 0 0 3 年底推出了火电厂N O x 排放的新标准。 1 ．2 ．1 美国国家标准 为满足1 9 9 0 年C A A A t h eC l e a nA i rA c tA m e n d m e n t s 关于电站N O x 排放控制 要求，经授权，美国环保署 E P A 于1 9 9 8 年颁布了六种污染物0 3 ，N 0 2 ， s 0 2 ，C 0 2 ，铅，微尘的国家强制性空气质量标准N A A Q S N a t i o n a lA m b i e n tA i r Q u a l i t yS t a n d a r d s t 5 1 。 其中的关于N O x 排放控制的标准为两级排放控制标准实施日期为1 9 9 6 年1 月1 日的墙式燃烧固态排渣炉和切圆燃烧固态排渣炉炉的实行的第1 类锅炉排放标 准和针对格式燃烧，旋风炉、墙式燃烧液态排渣炉和其他燃煤锅炉必须执行的实 施日期为2 0 0 0 年1 月1 日H 类锅炉排放标准[ 5 , 6 1 。 表1 ．1 美国N O x 排放限制标准 m g ／N m 3 嗍 浙江大学硕士学位论文 注N A 未实施 n o ta p p l i c a b l e ；对于其他种类煤粉炉和层燃炉必须实行第1 I 类限 制标准。 1 ．2 ．2 欧盟标准 欧盟于1 9 8 8 年9 月签署了限制大电站污染气体排放条约，开始X C N O x 总排 放量进行限制H ，2 0 0 1 年1 0 H 欧盟对N O x 排放提出了更严格的总体标准，对大型电 站污染气体排放进行控制m ，如表1 ．2 。此外，由于欧盟成员国经济条件的不同， X f f N O x 排放标准要求高低也具有一定的差异，德国等排放要求最为严格，希腊等 国允许排放量相对较高H 1 。 表1 ．2 欧盟N O x 排放控制限制表 以N 0 2 计算 掰 注 l 、在边远地区则用一般固态6 5 0 ，固态 挥发份含量 1 0 ％ 1 3 0 0 ，液态4 5 0 气 态；3 5 0 ； 2 、到2 0 1 5 年1 2 月3 1 日额定输出大于5 0 0 M W 的机组从2 0 0 8 年后不再运行2 0 0 0 小时， 年 5 年以上的平均值 应该 与第4 章 3 a 相一致的得到许可建设的电厂需执行排放N O x 量低于6 0 0 m g t N m 3 的限值。 以第6 章 6 制定的国家计划建立的电厂需对国家计划评定作出贡献，实施限值为 6 0 0 m g ／N m 3 从2 0 1 6 年起，年运行时间不高于1 5 0 0 小时 5 年以上平均值 的机组应该限制其N O x 以N 0 2 来计算 排放值低于4 5 0 m g ／N m 3 。 3 、到2 0 1 8 年1 月1 日，在2 0 0 1 年1 月1 日前1 2 个月内开始运行的机组，若继续运行 且燃烧的是挥发份含量少于1 0 ％的煤其应用限制为1 2 0 0 m g ／N m 3 ． 1 ．2 ．3 日本标准 2 一 表1 ．3 日本N O x 控制标准[ 8 1 N O x 锅炉类型蓖匠五匿疆面幂聂磊疆i 矛品再_ 一 燃气锅炉 5 0 0 ．O O O m 3 以上 4 0 , 0 0 0 m ’5 0 0 ，0 0 0 m 3 1 0 ．0 0 0 m 3 ．4 0 ．0 0 0 m 3 1 2 3 2 0 5 2 6 6 ．5 注所列举锅炉受热面积在l Om 2 或以上，燃烧器燃烧速率5 0 L ／h ”或以上。 1 ．2 ．4 中国国家标准 我国控制N O x 排放分为国家标准和地方标准，我国旧标准中只对1 0 0 0 t ／h 的锅 炉N O x 排放量做出了要求，而对中小型锅炉没有具体的标准进行限制，在新标准 中则对各类型锅炉都做出了要求，但这些要求与德国、日本等国标准还有一定差 距，但在全国一些地区如北京、天津等为满足环境要求采取了更严格的N O x 限制 标准。 表1 ．4 火电厂大气污染物排放标准G B l 3 2 2 3 ．2 0 0 3 1 9 l 时段第l 时段第2 时段 第3 时段 ．3 浙江大学硕七学位论文 注；l ，1 9 9 6 年1 2 月3 1 日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改 建火电厂建设项目，执行第1 时段排放控制要求 2 、1 9 9 7 年1 月1 日起至本标准实施前通过建设项目环境影响报告书审批的新建，扩建、 改建火电厂建设项目，执行第2 时段排放控制要求； 3 、自2 0 0 4 年1 月1 日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建，扩建、改建火电厂 建设项目 含在第2 时段中通过环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目， 自批准之日起满5 年，在本标准实施前尚未开工建设的火电厂建设项目 ，执行第3 时段 排放控制要求 4 、火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度执行上标规定的限值。第3 时 段火力发电锅炉须预留烟气脱除氮氧化物装置空间。液态排渣煤粉炉执行V 甜 针对低N O x 燃烧的特点设计新型低N O x 燃烧器，以优化组织燃烧初始阶 段气固两相流动，进行低N O x 初始生成控制。并对其综合性能进行数值分 析研究，以检验设计的可行性。 ≯优化组织炉膛气固流场，合理设计及布置各层燃烧器，以达到炉内燃烧高 效、安全、稳定，并进一步降低N O x 排放水平。 7 浙江大学硕士学位论文 参考文献 【1 】J o h nH ．S e i n f e l d ，A t m o s p h e r i cC h e m i s t r ya n dP h y s i c so fA i rP o l l u t i o n [ M 】。A W I L E YI N T E R - S C I E N C EP U B L I C A T I O N ．U S A [ 2 ] J i mE d d i n g e r , D o u gG r a n o ，W i l l i a mV a t a v u k , R a v iS U - i v a v u k ．N i t r o g e nO x i d e s N O x ， W h ya n dH o wT h e yA r eC o n t r o l l e d 【R 1 ．O f f i c eo fA i rQ u a l i t yP l a n n i n ga n d S t a n d a r sR e s e a r c hT r i a n g l eP a r k , E P A ．U S ．N o v e r m e b e r1 9 9 9 【3 】V i c t o r i aVA t w e l l ，C h e b r y nC ．E d w a r d s ，D a v i dJ ．M c K e e ．R e v i e wo ft h eN a t i o n a l A m b i e n tA i rQ u a l i t yS t a n d a r d sf o rN i t r o g e nD i o x i d eA s s e s s m e n to fS c i e n t i f i ca n d T e c h n i c a lI n f o r m a t i o n 【刚．O f f i c eo fA i rQ u a l i t yP l a n n i n ga n dS t a n d a r d sR e s e a r c h T r i a n g l eP a r kS t a f f P a p e r ．E P AU S ． 【4 】赵惠富．污染气体N O x 的形成和控制口咽．科学出版社．1 9 9 3 年； [ 5 ] U ．S ．D e p a r t m e n to f E n e r g yN a t i o n a lE n e r g yT e c h n o l o g yL a b o r a t o r y , T h eA d v a n c e d T a n g e n t i a l l yF i r e dC o m b u s t i o nT e c h n i q u e sf o rt h eR e d u c t i o no fN i t r o g e nO x i d e s N O x E m i s s i o n sF r o mC o a l F i r e d B o i l e r sD e m o n s t r a t i o nP r o j e c t AD O E A s s e s s m e n t [ R ] ，D O F _ ．／N E T L - 2 0 0 0 ／1 1 2 2 ； [ 6 】E P A , F e d e r a lR e g i s t e r ／A c i dR a i nP r o g r a m ；N i t r o g e nO x i d e sE m i s s i o nR e d u c t i o n P r o g r a m [ R ] ，1 9 9 6 ．6 1 2 4 5 ． [ 7 ] T h eE u r o p e a nP a r l i a m e n ta n dT h eC o u n c i lo ft h eE u r o p e a nU n i o n ．D i r e c t i v e 2 0 0 l ／8 0 ／E Co ft h eE u r o p e a nP a r l i a m e n ta n do ft h eC o u n c i lo f 2 3O c t o b e r2 0 0 1o n t h el i m i t a t i o no fe m i s s i o n so fc e r t a i np o l l u t a n t si n t ot h ea i rf r o ml a r g ec o m b u s t i o n p l a n t s ．O f f i c i a lJ o u r n a lo f t h eE u r o p e a nC o m m u n i t i e s ．2 7 ．1 1 ．2 0 0 1 【8 】M i n i s t r yo ft h eE n v i r o n m e n tG o v e r n m e n to fJ a p a n ．R e g u l a t o r yM e a s u r e sa g a i n s t A i rP o l l u t a n t sE m i t t e d 丘D mF a c t o r i e sa n dB u s i n e s sS i t e sa n dt h eO u t l i n eo f R e g u l a t i o n , A p r i l1 0 ，1 9 9 8 ． 【9 】中国国家环保总局．火电厂大气污染物排放标准G B l 3 2 2 3 ．2 0 0 3 ．2 0 0 3 ． 【l o 】中华人民共和国国家发展计划委员会中华人民共和国财政部中华人民共和 国国家环境保护总局中华人民共和国国家经济贸易委员会，排污费征收标准 管理办法，2 0 0 3 年2 月1 8 日颁布； [ 1 1 】李振中冯兆兴王阳李成之黄其励，煤粉双级垂直浓淡燃烧降低N O x 排放 及稳燃技术的研究叨．中国机电工程学报．2 0 0 3 ．2 3 11 ． 【1 2 ] q 纪宏．百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器在燃贫煤3 0 0 M W 机组的应用．热能动 力工程．2 0 0 2 ．1 7 1 0 2 6 3 2 ．6 3 5 ． 【1 3 】郭永红，孙保民，康志忠．超细煤粉再燃低N O x 燃烧技术的数值模拟．动力工 程．2 0 0 5 ．2 5 3 4 2 2 4 2 6 。 【1 4 ] 魏铁铮，魏乐，盛晓明．陡河电厂2 0 0 M W 锅炉热力计算数据与实测数据的比 ．8 ． 浙江大学硕士学位论文 较．电力情报．1 9 9 9 ．2 3 5 ．3 7 ． 【1 5 】张积秋，段保卫．焦作电厂6 7 0 t ／h 无烟煤锅炉水平浓缩煤粉燃烧器稳燃新技术． 热力发电．2 0 0 5 ．5 4 5 ．5 1 ． 【1 6 】郭萌．上安电厂3 、4 号锅炉启动时超温问题分析．热力发电．2 0 0 0 ．1 【1 7 I t 雅勤，孙昭星，李文艳，等．元宝山6 0 0 M W 机组锅炉结渣问题研究及分析叨 中国电力．1 9 9 5 ．1 2 2 8 ．3 4 ． 【1 8 】赵振奇，毕大鹏，孙恒威．自动可调叶栅煤粉分配器在富拉尔基发电总厂锅炉 的应用【J 】．热能与动力工程．2 0 0 5 ．2 0 2 2 0 3 - 2 0 7 ． 【1 9 】郑军．3 0 0 M W 电站锅炉N O x 排放特性试验研究叨．湖北电力．2 0 0 4 ．2 8 增 3 3 ．3 5 ． [ 2 0 】黄伟，熊蔚立，龚柏云．3 0 0 M W 锅炉高效低N O x 改造的试验研究叨．锅炉制造 2 0 0 4 ．1 2 4 9 4 1 l - 1 5 ． 【2 1 】果志明，秦明，李争起，等．6 7 0 t ／H 燃贫煤锅炉N O x 排放及稳燃特性的工业试 验研究【J 1 ．中国电力．2 0 0 4 ．3 7 8 1 4 - 1 8 ． [ 2 2 1 魏风，刘勇，唐必光，等．电厂煤粉锅炉低N O x 燃烧的研究明．中国电力．2 0 0 3 3 6 7 1 - 4 ． [ 2 3 】张惠娟，高振强，赵科．四角切圆锅炉同轴燃烧系统空气动力特性的研究叨． 动力工程．2 4 4 4 8 1 - 4 8 4 ． 【2 4 】黄少鄂．美国切圆火炬燃烧锅炉用用集中燃烧技术治理N O x 排放【J 】．广东电 力．2 0 0 3 ．1 6 2 1 - 4 ． [ 2 5 】闰志勇，魏恩宗，张慧娟，等．煤粉锅炉分级燃烧降低N O x 排放的试验结果分 析叨．热力发电．2 0 0 1 ．h2 4 ．2 8 ． 【2 6 】陈坚，徐剑风，阮国荣，等．煤粉锅炉低N O x 燃烧试验研究叨．华东电力．2 0 0 4 3 2 7 4 0 “． [ 2 7 1 1 E 斌．S C R 脱硝技术及其在燃煤电厂中的应用叽。电力科学与工程．2 0 0 3 ．3 6 1 6 4 ． 【2 8 ] H a n sE ．S t e u c h , J o nT ．H i l l e ，W i l l i a mH ．S u ne t e ，R e d u c t i o no fN O xE m i s s i o n s f r o maD r yP r o c e s sP r e h e a t e rK i l nw i t hC a l c i n e r T h r o u g ht h eU s eo ft h e U r e a - B a s e dS N C RP r o c e s s ，I E E ET R A N S A C T I O N SO NI N D U S 豫y A 即L I C A l r I O N S ，1 9 9 6 ．3 2 4 ． 【2 9 】魏恩宗，林赫，高翔等，燃煤锅炉烟气N O x 污染等离子体治理技术【J 】．环境 污染治理技术与设备．2 0 0 3 ．4 1 5 8 6 2 ． ． 【3 0 ] A r n e r i c a nE P A ，P r o t o c o lt ot h e1 9 7 9C o n v e n t i o no nL o n g - r a n g eT r a n s b o u n d a r y A i rP o l l u t i o nC o n c e r n i n gt h eC o n t r o lo fE m i s s i o n so fN i t r o g e nO x i d e so rT h e i r T r a n s b o u n d a r yF l u x e s [ R ] ． ．9 ． 浙江大学硕士学位论文 【31 ] L ．D ．S m o o t , S ．C ．H i l l ，H ．X u , N O xC o n t r o lT h r o u g hR e t u r n i n g 川，P r o g ．E n e r g y C o m b u s t ．S c i ．V 0 1 ．2 4 ，1 9 9 8 ； 【3 2 】吴少华刘辉姜秀民邱朋华秦裕琨，采用超细煤粉再燃技术降低氮氧化物的 排放【J 】，中国电力．2 0 0 3 ． [ 3 3 】高正阳，阎维平，刘忠低挥发份烟煤再燃还原N O 的实验研究阴．华北电力 大学学报．2 0 0 3 ． 【3 4 】钟北京，傅维标．再燃燃料钟H C N 对N O x 还原的影响[ J 】．热能动力工程．2 0 0 0 ． 【3 5 ] 潘维．超细粉再燃机理及改造对比数值模拟研究【D 】．浙江大学博士学位论文． 2 0 0 5 年． 【3 6 】陈杭君，赵华，丁经纬．火电厂烟气脱硝技术介绍．热力发电．2 0 0 5 2 1 5 ．1 8 ． [ 3 7 1 w w w ．i i s d ．o r g ／g r e e n b u d ／n i t r o ．h t m ． 【3 8 ] A P P E N D I XB F e eC a l c u l a t i o n ．w w w ．d e q ．s t a t e ．m i ．u s ／d o c u m e n t s ／d e q - e a d - c a a p - m a e r s w o r k b o o k - a p p B ．p d f ． - l O - 浙江大学硕士学位论文 2 N O x 生成及分解机理 2 ．1N O x 来源途径 在煤燃烧过程中，N O x 形成途径有三个1 1 , z l 1 热力型N O x ，它是空气中的氮气在高温下氧化而生成； 2 燃料型N O x ，它是燃料中含有的氮氧化合物在燃烧过程中热分解而又接着 氧化而成 3 快速型N O x ，它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如C H 等反应 生成。 由于N O x 的生成量与炉膛温度有很大关系，一般来说电厂锅炉N O x 产生的主 要来源在于燃料型N O x ，它占总生成量的6 0 ％～8 0 ％以上；热力型N O x 的生成量 在温度足够高时，可占总生成量的2 0 ％，但在温度小于1 5 0 0 。C 时，几乎没有热力 型N O x ；快速型N O x 的生成量很小【l 】。 2 ．2 热力型N O x 2 ．2 ．1 热力型N O x 生成机理 热力N O x 是在局部温度大于1 5 0 0 0 C ，空气中N 2 和0 2 反应生成的N O 。。根据 捷里多维奇 Z c l d o v i c h 机理1 1 郐】，反应过程可表示如下。其生成过程是一个不分 支连锁反应。氮原子只能从式 2 ．1 中产生，而不能通过氮分子的分解得到。空 气中氮分子N ；N 键能为9 4 6 K J ／g m o l 比一般有机化合物中的C 一Ⅳ键能 一般为 2 5 2 ～6 3 0K J ／g m 0 1 大的多，故式 2 - 1 的反应活化能大，控制着反应进行的速 度，是整个连锁反应的关键反应。 D Ⅳ2 N O N 2 1 D 2 Ⅳ甘2 0 N 2 - 2 Ⅳ 0 2 营N O O 2 3 在高温下，总反应方程式为 Ⅳ2 0 2 2 N O N O 1 0 2 N 0 2 2 2 4 2 - 5 在富燃料的火焰中，N 和O H 生成N O 的反应也很重要，式 2 6 。这就是扩 展的Z e l d o v i c h 机理，它考虑了O H 在N O 生成中的作用。 ⅣOH铮NOH2-6 浙江大学硕士学位论文 2 ．2 ．2 热力型N O x 生成影响因素 热力N O ，的反应时间很短暂，通常只需要微秒的十分之一，但是生成量强烈 依赖于温度水平、停留时间和氧原子浓度。如图2 ．1 所示，热力N O 。随着温度的 增加，其反应速率按照指数规律增长。当温度小于1 5 0 0 ℃时，N O 生成量很少， 而当温度高于1 5 0 0 ℃时，温度每增加1 0 0 ℃，反应速率增加6 ～7 倍。另外，反应 对O 原子敏感。试验结果表明，化学当量比1 ．0 的时候，热力N O x 为0 ，在化学当 量比1 ．2 条件下，热力N o x 少于总N o x 的1 5 ％。对于热力N o x 来说，主要影响因 素是温度和氧量，降低温度，减少氧量可减少热力N o x 的生成。在煤粉燃烧过程 中。热力N O x 占总N O 。排放量的1 5 ～2 5 ％t z 3 ] 。 哟 ”。 吗 图2 ．1 温度、0 2 浓度对热力N O x 生成量的影响 反应时问1 s 2 ．3 燃料型N O x 2 ．3 ．1 燃料中氮存在形式 燃料氮是由有机氮和无机氮组成。V a l k o v i c 认为煤中有机氮是在植物蛋白煤化 过程中形成的，无机氮则主要是煤化过程中矿物质残留【4 1 。B i nG o n g 在对澳大利 亚褐煤进行X P S 检测发现无机氮还有可能来源于煤化过程中释放的有机氮与矿物 质反应的结果1 4 】。 6 ◎ rP丘砖≯一 由由空6 图2 ．2 煤中可能存在的含氮官能团形式 其中后四项为季氮可能的结构形式 B u c k l e y ‘5 l 等对煤中含氮官能团进行X P S 光谱分析发现，煤中含氮官能团主要 为吡咯型 5 元杂环类化合物 和吡啶型 6 元杂环类化合物 杂环类化合物 如图 ．1 2 ． 恤 鼬 咖 和 抽 。撕 芎置蚕R囊 浙江大学硕士学位论文 2 ．2 。K e l e m e n t 5 l 在对美国A r g o n n e 煤进行研究发现煤中还存在季氮官能团。文献 【5 】指出煤中吡咯型氮占5 0