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燃煤污染物控制理论与技术

来源：洁净煤技术

行业视野: 环境保护
类别; 114个
关键词; 128位
专家; 29篇
论文; 27373IP
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350 MW机组锅炉SCR脱硝系统优化

作者(Author)：孙雪峰, 王强, 颜世剑, 李鲁明, 吴东垠

摘要：准东煤田是我国目前最大的整装煤田，但准东煤在锅炉燃烧过程中易发生结焦问题，一般掺烧高岭土缓解结焦。某燃用准东煤350 MW机组，锅炉燃煤掺烧高岭土后烟气携带灰尘颗粒及灰尘量增大，出现SCR脱硝系统烟道积灰严重和喷氨量明显偏大问题，同时在空气预热器形成硫酸氢氨堵塞，使机组不能长周期稳定运行。通过与国内同类型多台机组锅炉对比后发现，脱硝系统均存在易产生积灰的脱硝转向室、催化剂上方及空气预热器入口斜坡积灰状况等情况。针对存在的问题，通过建立改造前、后的模型计算分析，进行了导流板布置的优化设计、CFD流场分布、优化SCR系统导流板设计、声波与蒸汽吹灰器结合吹灰和氨注射栅格优化升级等工作，应用德图480风速仪实测风速试验，发现脱硝烟道原导流板设计不合理及施工安装偏差；原导流板水平段跨距大，支撑不足，造成导流板压塌变形，影响烟气流场分布；锅炉所烧煤质为高钠煤，为防止锅炉结焦掺烧高岭土后，增加了烟气飞灰颗粒及灰尘量，飞灰具有很大黏性，易沉积在烟道导流板及烟道壁面上。因此，提出对脱硝内部各处导流板进行优化改造，对脱硝系统烟道易产生积灰的部位增加声波吹灰器，对喷氨格栅喷嘴数量及氨空混合器升级，同时开展锅炉SCR脱硝喷氨热态优化调整试验工作。通过开展相关工作，SCR烟气系统的烟气流场相对标准偏差优化5%，相同负荷下液氨消耗量降低45%，彻底解决脱硝系统积灰和空气预热器堵塞问题，实现机组满负荷达标稳定运行。锅炉长期运行半年后停炉检查，发现前期脱硝系统烟道高达1 m的积灰部位彻底解决，催化剂表面干净无杂物，解决了脱硝系统积灰问题，同时配合提高空气预热器冷端综合温度的措施，彻底解决锅炉空气预热器堵塞问题。同时，经济效益显著，每年可以分别节约液氨费用70万元，节约风机电耗费用100万元，节约检修清理积灰及检修费用80万元，节约空气预热器冲洗治理费用20万元，综合节约费用270万元/a，达到预期效果实现机组长周期安全经济稳定运行。

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洁净煤技术

2020年第01期

1271

523
燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术研究进展

作者(Author)：石朝亭, 蔡军, 任强强, 吾慧星, 马海军

摘要：我国是水泥生产和消费大国，水泥行业已成为我国继热力发电和交通运输之后的第三大NOx排放源，是引起我国雾霾天气的主要成因之一。随着水泥工业NOx排放标准的不断提高，燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术的发展越来越受到重视。为清晰了解水泥行业常见低NOx排放控制技术的优化方向和新型低NOx排放控制技术的发展现状，为水泥工业实现超洁净绿色生产提供技术储备，笔者梳理总结了燃煤水泥窑炉常见低NOx排放控制技术以及新型低NOx排放控制技术。围绕燃煤水泥窑炉常见低氮脱硝技术，阐述了燃烧前、燃烧中以及燃烧后等各种低NOx排放控制技术的降氮原理、特点以及应用现状，并指出了这些技术在实际应用中面临的问题；同时介绍了燃烧前、中、后等各种低NOx排放控制技术的组合应用。重点介绍了近年来新涌现出的以两步还原法为代表且具有潜力的低氮脱硝技术，论述其降氮原理及研究发展现状，对比总结了水泥行业常见低NOx排放控制技术以及新型低NOx排放控制技术的脱硝效率、研究和应用现状。面对日益严峻的减排形式，水泥行业深度脱硝工作的开展势在必行。结合常见低NOx排放控制技术的减排原理、优势以及存在的问题，建议水泥行业可采用燃烧中与燃烧后各种低氮控制技术的组合应用方案，以此达到降本增效的目的，并具体提出了水泥行业现有生产线以及新建生产线可行的组合应用方案。考虑到各种新型低NOx排放控制技术的降氮原理和发展现状，笔者对水泥行业低氮脱硝技术未来的研究和努力方向进行展望，认为未来水泥行业低NOx排放控制技术的发展应注重提高还原氛围下的碳还原能力，以激发碳还原能力为核心进行现有技术的优化以及新技术的探索，同时应考虑到与低氮燃烧技术相匹配的精准自动化、智能化测控设备的应用，以全方位监测、反馈系统的相关指标，更好地发挥低NOx排放控制技术的降氮脱硝效果。

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洁净煤技术

2020年第01期

1265

537
碳材料对燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展

作者(Author)：曲智斌, 孙飞, 皮信信, 郄志鹏, 高继慧

摘要：中国发电煤耗每年近20亿t，虽然传统湿法脱硫工艺能够实现燃煤污染物SO2的有效控制，但由于存在水耗高、副产劣质石膏量大难用等缺点，面临可持续发展困境。相比之下，基于多孔碳材料的SO2脱除技术由于具备水耗少、无二次污染、污染物可资源化回收、吸附剂可再生利用等优点，是重要的发展方向。笔者综述了目前基于碳材料吸附、催化过程的燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展，论述了碳材料资源化脱硫工艺的关键技术环节，最后提出了燃煤烟气硫脱除及资源化的未来科学和技术方向。碳材料内SO2吸附-催化反应机制及产物迁移路径，重点讨论了碳材料孔结构、官能团、金属氧化物负载对SO2吸附转化及副产物迁移的影响。研究表明，碳材料分级孔结构内存在SO2吸附转化以及产物硫酸的迁移过程；在碳材料中掺杂以氮和氧为代表的非碳元素能改变碳平面的电子结构，调控SO2在碳材料中的吸附和催化氧化过程。因此，碳材料孔隙与功能性官能团的协同定向构筑是强化碳材料吸附转化SO2、提升脱硫性能的有效方式。脱硫饱和碳材料再生及硫资源化回收技术路径，重点讨论了碳热还原方法将SO2资源化转化为硫磺的影响因素。热再生能耗高、活性焦质量损失严重；水洗再生效率低，活性焦循环脱硫能力差，高效再生需要活性焦不同尺度孔隙结构的有效配组，以强化物质输运扩散；在各种脱硫副产物中，硫磺物质量小、价值高、便利储运，是理想的资源化回收目标；碳基还原剂活性与选择性的调控是实现高效硫磺生成的关键。论述了高性能煤基活性焦的低成本宏量制备方法，重点讨论了强化脱硫过程的分级孔活性焦低成本制备方法。传统柱状活性焦制备工艺复杂、成本高且孔隙结构呈微孔分布，存在内扩散阻力大、内表面利用率低、SO2脱除及再生脱附性能差等问题。破碎或颗粒状活性焦有望降低活性焦制备成本且实现活性焦孔隙的深度调控，但结构稳定性（强度）的提升是关键。通过催化活化、配煤、催化石墨化方法，可望实现兼具高活性和高结构稳定性的脱硫活性焦制备。

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洁净煤技术

2020年第01期

1173

736
分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

作者(Author)：朱书骏, 朱建国

摘要：随着我国经济的飞速发展，作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源，而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验，研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中，高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时，高温烟气发生装置的时间平均温度为911 ℃，其产生的高温烟气温度稳定在750 ℃左右，高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在，其浓度分别为261.49×10-6和12.96×10-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域（距离顶部0～2 000 mm区域）的温度为800～1 000 ℃，与实际分解炉运行温度一致，排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移，煤粉燃烧放热区域下移，而顶部区域的石灰石吸热量变化较小，则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量，导致顶部区域内燃烧温度降低。此时，还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长，导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙（CaO）作为中间产物会促进NO的生成反应，其反应时间增加也促进了NO的生成；另一方面，石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程，分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上，NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移，该变化对NO的生成作用更加明显，故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时，分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低，而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加，但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量，因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时，尾部CO浓度随之增加，烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时，分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加，分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加，CaO催化NO还原反应更剧烈，从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。

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洁净煤技术

2020年第01期

952

513
新型低氮旋流燃烧器NOx排放特性

作者(Author)：龚彦豪, 许鑫玮, 王登辉, 王学斌, 谭厚章, 牛艳青, 惠世恩, 李在让, 刘愿武

摘要：为应对燃煤工业锅炉日益严苛的排放标准，提出了一种新型低NOx旋流燃烧器，将煤粉预燃与燃烧器空气分级、炉膛空气分级进行耦合，通过改变燃烧系统的配风布置对煤粉预燃燃烧状态进行调整，研究了一次风率、内外二次风率、外二次风入射方式、循环风率和燃尽风率对NOx排放特性的影响。结果表明：在试验工况下当一次风率从15.4%提高到28.7%，预燃室内氧气浓度增大，一次风携带的氧气可直接将煤粉热解释放挥发分中含氮化合物HCN、NH3等中的N氧化为NO，NOx生成量由284.4 mg/m3逐渐增至326.7 mg/m3。当内外二次风率比由0.46增大到1.4，NOx排放浓度先下降后上升；由于内二次风量影响预燃室内过量空气系数和湍动强度，外二次风量影响炉膛内部主燃区煤粉发生燃烧反应的湍动混合强度，在二次空气配比变化的综合作用下，内外二次风率比为1.0时，NOx排放值最低为211.2 mg/m3。随着外二次风内部入射风量与端面入射风量比值由0增大到4.56，NOx生成浓度先下降后上升；由预燃室端面入射的外二次空气射流边界较长，主燃区相对较大，燃烧整体较为均衡，而从预燃室内部入射的外二次风促进了预燃室出口气粉混合物在炉膛内与助燃空气的混合；当外二次风内部、端面射流风率比为0.25时，煤粉在预燃室出口区域的湍动强度提高，在局部还原性气氛下，NOx生成浓度有最低值230.9 mg/m3。当循环风率从0增大到30.6%时，内外二次风中氧气浓度降低，预燃室和炉膛主燃区还原性气氛增强，挥发分中含氮化合物HCN、NH3等中的N迁移形成N2的概率增加，NOx排放量由250.7 mg/m3逐渐降低到221.1 mg/m3。随着燃尽风率由0提高到29%，NOx排放值先减小后增大；燃尽风率提高时二次风率随之降低，内外二次风湍动扩散能力减弱，主燃区还原性气氛增强；燃尽风率进一步提高使得主燃区氧量不足，燃尽区氧化性氛围较强，大量焦炭和含氮化合物在燃尽区发生氧化反应，导致NOx生成量增加；当燃尽风率为19.6%时，NOx生成值最低为253.5mg/m3。整体上，当一次风率为17%～19%，内外二次风率比为0.8～1.0，外二次风由预燃室端面入射，循环风率为15%～20%，燃尽风率为19%～22%时，NOx排放值为212～231 mg/m3，相比试验工况下最大NOx排放量下降29%～35%。

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洁净煤技术

2019年第06期

938

309
气体燃料再燃脱硝机理及工程应用进展

作者(Author)：王鹏涛, 王乃继, 梁兴, 牛芳

摘要：气体燃料再燃脱硝技术能有效降低锅炉初始NOx排放，针对气体燃料再燃脱硝机理及工程应用现状，分析了5个因素对再燃脱硝效果的影响规律，总结了国内外将气体燃料再燃技术用于锅炉改造中的典型示范工程及运行效果。气体燃料再燃脱硝的本质是烃类物质受热分解产生相关基团，这些基团与NOx碰撞生成相应的含氮中间体，含氮中间体与还原性基团发生还原反应，最终将部分NOx转化为N2。具体表现为，甲烷再燃过程中主要生成CH3中间体，其与NO的消减反应是脱硝反应的关键，而多碳烃类燃料再燃过程中生成HCCO中间体的过程，及其与NO的还原反应是再燃的核心。结果表明，再燃脱硝过程中再燃区停留时间、过量空气系数、温度均存在适宜的范围，再燃燃料组成和再燃燃料与NOx的混合特性对脱硝效果有显著影响。增加再燃燃料和NOx在再燃区的停留时间不仅有利于NOx还原，也有利于再燃燃料的燃尽，但过长的再燃区停留时间不但不能增加NOx还原率，反而会降低燃料的燃烧效率。最佳的再燃区停留时间为0.6～1.1 s，且进一步增加停留时间并不会增加脱硝效率。再燃区过量空气系数对再燃还原效率和燃尽特性有显著影响。再燃区最佳过量空气系数保持在0.85～0.90较为合适。提高再燃区的温度有利于提高再燃燃料的脱硝效率，再燃区最佳脱硝温度在1 000～1 100 ℃。再燃燃料的组成不同，对NOx的还原效果不同，烃类物质再燃脱硝与其受热分解密切相关，在相同的再燃条件下，再燃脱硝性能与其受热分级速率完全相关，研究表明多碳烃类物质的存在可以显著增强再燃气体混合物的还原效果，且焦油和煤焦等物质的存在对NO还原反应有明显的催化作用。另外，气体燃料再燃脱硝过程不仅受到化学反应难易程度的影响，还与再燃燃料在高NOx浓度区的扩散过程相关，强化再燃燃料在再燃区与NOx的混合特性也有利于提高脱硝效率。美国、欧盟和日本等国家针对电站锅炉再燃脱硝的研究和工程示范工程起步较早且获得了较显著的效果，我国四川江油电厂天然气再燃技术改造示范工程同样证明了再燃脱硝的可行性及经济性。

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洁净煤技术

2019年第06期

933

282
CFB锅炉低氮燃烧对炉内固硫影响研究进展

作者(Author)：郝艳红, 孟江涛, 王菁, 杨凤玲, 程芳琴

摘要：随着火电厂烟气污染物排放标准的日益严格，循环流化床(CFB)锅炉多采用低氮燃烧技术在燃烧阶段降低NOx的生成，但低氮燃烧应用会使炉内局部气氛，尤其是密相区的氧含量降低1%～4%，CO等还原性气氛增加1%～2%。固硫反应在不同氧浓度及还原性气氛条件下会表现出不同的反应路径，从而影响整个固硫反应速率和不同固硫产物的生成，导致最终固硫率的不同。因此CFB锅炉中引入低氮燃烧条件后会对炉内钙基固硫过程产生一定的影响。为了明晰低氮燃烧条件对CFB炉内钙基固硫反应的影响，保证燃烧中同时降低SO2和NOx的排放浓度，实现CFB锅炉中低氮燃烧技术与钙基固硫技术的耦合，综述了低氮燃烧反应条件对CFB锅炉炉内钙基固硫过程影响的研究现状，分别阐述了整个固硫过程中低氮还原性气氛及氧化-还原交变气氛条件对固硫剂煅烧、固硫剂固硫及固硫产物的分解转化3个不同反应阶段的影响。结果表明：CO2浓度变化对CaCO3煅烧影响较大且研究较多，气氛中CO2的分压会直接减弱煅烧反应进行的程度；O2和CO浓度变化对CaCO3煅烧的影响未见报告，但从理论上推断影响较小，仍需进一步试验证明。在低氮燃烧形成的氧化-还原交变气氛下，炉内固硫反应过程变得复杂。氧气消失后，固硫率会降低20%左右，随着还原性气氛中CO含量的增加，固硫率还会进一步降低；随着CO等还原性气氛的增强，固硫产物CaSO4稳定性降低，分解温度降低，CaS稳定性增强。但氧化、还原交变气氛下固硫产物的转化机制研究表明，当形成以CaS为内核，CaSO4为外壳的固硫产物时，钙利用率和固硫效率会有所提高。可见，低氮燃烧气氛对硫化反应的影响具有不确定性。由于硫化反应的复杂性和固硫产物的不稳定性，目前尚无明确的针对不同固硫剂与反应温度和反应气氛的最佳匹配结果。因此，提出需进一步探究石灰石、电石渣等钙基固硫剂在不同氧浓度气氛及不同程度还原性气氛条件下的固硫反应机制，明确低氮燃烧条件对钙基固硫过程的影响，最终获得CFB锅炉低氮燃烧与炉内钙基固硫两者有机结合的优化反应条件，为实际生产提供可靠的理论依据。

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洁净煤技术

2019年第06期

690

239
煤矸石及煤泥燃烧过程重金属排放特性

作者(Author)：彭皓, 王宝凤, 杨凤玲, 曹晏, 程芳琴

摘要：煤矸石和煤泥是煤炭分选和开采过程中产生的固体废弃物，大量煤矸石、煤泥的堆存会产生一系列的环境和生态问题。燃烧发电是煤矸石、煤泥资源化利用的主要途径之一。煤矸石和煤泥中均含有一定量的重金属元素，如Hg、As、Pb等。在燃烧过程中这些有害元素的释放造成严重环境危害，因此研究煤矸石及煤泥燃烧过程重金属的排放特性意义重大。为考察煤矸石及煤泥在富氧气氛和空气气氛下燃烧时重金属的排放特性，研究了不同温度下平朔煤矸石和煤泥在O2/CO2气氛和空气气氛下燃烧时，As、Hg、Pb和Se的排放特性。采用Hydra-II测汞仪测量煤矸石、煤泥和灰中的Hg含量，采用ICP-AES测量煤矸石、煤泥和灰中的As、Pb和Se含量。研究结果表明，煤矸石及煤泥燃烧过程中，燃烧温度在500～1 000 ℃、O2体积分数在20%～40%时，随着温度和O2体积分数升高，煤矸石、煤泥的成灰比例降低。此外，煤矸石在O2/CO2气氛下燃烧时，随温度和O2体积分数提高，As、Hg、Pb和Se在燃烧烟气中的占比升高，燃烧后所得灰占比降低。煤泥在O2/CO2气氛下燃烧时，随燃烧温度的升高，As、Hg、Pb更容易挥发到气相中；煤泥在空气气氛下燃烧时，As、Hg、Pb在烟气中的占比略高于相同温度、O2/CO2气氛下O2体积分数为20%时的比例。

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洁净煤技术

2019年第05期

1677

325