循环流化床燃煤锅炉的SO2和NOx排放的实验及原理

发布时间：2022-10-05 10:13 热度：

　　循环流化床燃煤锅炉的SO2和NOx排放的实验及原理探讨
　　吴高德
　　（广东拓奇电力技术发展有限公司广东广州510000）
　　摘要：本文结合数值模拟和试验相结合的方法来研究煤种对循环流化床燃烧(CFB)燃烧SO2和NOx排放的影响。在1.5MWthCFB试验台上分别做了5种煤燃烧的SO2和NOx排放试验，根据所建CFB锅炉脱硫脱氮数学模型和已建与煤种相关的CFB锅炉总体数学模型，对该试验台炉膛内5种煤SO2和NOx的生成和脱除进行数值模拟，其结果和试验结果吻合良好。结果表明了煤种决定CFB锅炉脱硫效率及SO2和NOx的排放。
　　关键词：热能动力工程；循环流化床燃烧；石灰石；排放；脱硫；
　　1引言
　　文中主要描述了在1.5MWthCFB燃烧试验台上进行的5种中国典型动力煤的排放试验，同时描述了脱硫脱氮数学模型和已建的CFB锅炉总体数学模型，对排放试验进行了数值模拟，比较数值模拟结果和试验结果，分析了煤种对脱硫效率、S02与NOx排放的影响。
　　2循环流化床燃烧排放试验装置及条件
　　2．1热态燃烧试验台系统
　　1.5MWthCFB燃烧试验台由燃烧系统和辅助系统组成。燃烧系统主要由炉膛、高温气固分离器、料腿和返料器组成。炉膛上部内径为0.7m，炉膛下部内径为0.5m、炉膛高8.7m，炉膛底部采用风帽结构的布风板。
　　本试验台的辅助系统包括烟风系统、烟气冷却系统、给料及排渣系统、除灰系统、冷却水系统、电气控制系统、烟气成分测试系统和固体颗粒采集系统等。一次风和二次风均采用冷风直接加入炉膛，尾部烟气采用布袋除尘，煤及石灰石分别通过各自的螺旋铰龙加入炉膛，试验台采用计算机实时数据采集与记录系统，烟气成分由在线分析仪系统完成。
　　2．2试验煤种和石灰石介绍
　　进行实验的煤种一共5种，涵盖了烟煤、无烟煤、褐煤、低热值煤、高热值煤、高硫煤。这5种煤的元素分析和工业分析见表1。
　　表1五种计算煤种的物性表
　　物性 A B C D E
　　Cao/% 67.13 61.15 52.58 43.06 51.49
　　Hao/% 3.67 2.74 2.45 0.67 3.54
　　Oao/% 7.65 0.86 6.72 2.14 11.84
　　Sao/% 1.23 3.625 1.62 0.13 0.34
　　Nao/% 0.68 0.95 0.62 0.1. 1.00
　　Mao/% 4.54 1.42 7.43 1.32 19.99
　　Aao/% 15.10 29.26 28.58 52.58 11.80
　　Vao/% 30.61 12.93 33.26 10.98 45.93
　　Qao/%MJ/Kg 25.96 22.75 17.34 13.84 17.10
　　试验用煤的粒径在12.0mm以下，50％切割粒径d50为1.0mm左右；石灰石的粒径在1.6mm以下，50％切割粒径d50为0.11mm左右。
　　3循环流化床燃烧排放模型
　　3．1SO2排放模型的建立
　　循环流化床燃烧整体模型包括了流动模型、传热模型、燃烧模型和排放模型等，排放模型是在流动模型、传热模型和燃烧模型的基础上建立的。以小室模型为基础，将炉膛上下划分成一系列的小室，小室内气固两相质量能量保持守恒。气体成分考虑了挥发分、CO2、O2、CO、N2、NO、SO2、H2、H20九种气体，根据这9种气体的质量守恒，可以得到这9种气体在炉膛内的分布。
　　在循环流化床燃烧过程中，将石灰石与煤一起送入炉膛，煤中的硫与氧反应生成SO2气体，石灰石煅烧分解成CaO固体和CO2气体，CaO与SO2反应，生成固态的CaSO，随着炉渣或飞灰排出炉外。
　　排放模型的假设：①煤进入炉膛密相区后，硫在密相区内瞬间全部生成了SO2气体；②石灰石进入炉膛后就立即分解成CaO颗粒和CO2气体，并假设CaO颗粒的粒径分布等于石灰石的粒径分布③SO2与CaO的反应一步完成，生成CaSO④CaO基体上形成的CaSO造成C