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《洁净煤技术》首发文章推荐—清洁高效燃烧技术

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  • 丙烷MILD燃烧方式下碳烟生成特性研究

    作者(Author)： 田松杰, 任豪, 徐顺塔, 席礼阳, 涂垚杰, 刘豪

    摘要：MILD(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution)燃烧是一种新型低氧稀释燃烧技术，能够同时实现低NOx和碳烟排放。基于化学动力学分析软件CHEMKIN-PRO中的对冲火焰模型，模拟研究了丙烷MILD燃烧方式下碳烟的生成路径及其与常规燃烧之间的差异，并考察了拉伸率(50-80s-1)和CO2稀释(0-60vol%)对丙烷MILD方式下碳烟生成路径的影响。结果表明：MILD燃烧方式下碳烟生成的主要路径是2C3H3=>A1、A1-+H(+M)<=>A1(+M)、A1-+CH4<=>A1+CH3、A1-+C2H4<=>A1+C2H3、C6H5CH3+H=A1+CH3和C4H5-2+C2H2=A1+H ；与常规燃烧相比，MILD燃烧方式下2C3H3=>A1和A1-+H(+M)<=>A1(+M)反应速率降低，减少了A1生成进而抑制了碳烟成核，最终导致碳烟峰值浓度降低了83.7%；相比之下，MILD燃烧方式下2C3H3=>A1路径对碳烟生成的贡献率降低了7.7%，而C6H5CH3+H=A1+CH3和C4H5-2+C2H2=A1+H路径的重要性明显上升；此外，MILD燃烧方式下碳烟峰值体积分数随拉伸率的增加呈现先升高后降低趋势，并且CO2稀释通过CO+OH<=>CO2+H反应促进H消耗可进一步减少MILD燃烧方式下碳烟的生成。
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  • 蓄热式熔铝炉能耗分析与氮氧化物排放特性研究

    作者(Author)： 席礼阳, 梁斯宇, 黄璞, 徐顺塔, 涂垚杰, 张世红, 刘豪

    摘要：在某25t蓄热式熔铝炉上开展了现场烟气成分和热平衡测试，并进行物料平衡和热平衡计算，得到了熔铝炉单个熔炼周期内质流分布、热流分布、吨铝天然气耗量，分析不同升温阶段下烟气NO浓度的变化获得了NO排放特性，结果表明：该熔铝炉的热效率为62.48%，吨铝天然气耗量72.1 Nm3/t，系统主要的热损失为炉体及管道热损失和散热风损失，分别占总输出热的14.24%和11.98%；灰渣带出物理热占总输出热的比重不大，但烧损及杂质会降低铝液的输出质量；可通过缩短熔炼时间、减少冷却风在非点火时间的通入量、减少炉门开启次数等措施降低熔铝炉的能耗；该熔铝炉NO排放浓度长期高于600 mg/m3@ 3.5%O2，排放峰值1197.0 mg/m3@ 3.5%O2；可通过优化燃烧器结构、优化运行参数和应用无焰燃烧技术的措施降低NO排放浓度。
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  • 面向双碳目标的煤粉纯化-燃烧：纯化反应N转化研究

    作者(Author)： 张驰, 任强强, 韩绍博, 胡玉洁, 崔瑞芳, 李林宣

    摘要：“双碳”背景下对煤炭清洁燃烧提出了更高的要求。煤粉纯化-燃烧是一种新型燃烧技术。为探究反应温度对煤粉纯化反应氮析出与转化特性的影响，在自行搭建的1700℃四温区滴管炉试验台上，设置不同温度条件进行反应。结果表明：反应温度从900℃提升至1300℃，煤气中H2和CO占比大幅度增加，煤气产率和煤气组分均有所增加；各组分转化率有所增加，N元素转化率从48.26% 跃升至83.14%，相当一部分焦炭N在高温时发生转化，其中大部分N被还原成N2，转化为NH3和HCN的比例也有所增加，而促进燃烧前燃料N的析出是煤燃烧NOx减排的关键所在，可见纯化反应有潜力与后续燃烧进行有机结合，进一步降低NOx的排放。
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  • 直流电场对甲烷-氧气扩散火焰中OH*辐射发光特性影响的研究

    作者(Author)： 吴婧瑄, 龚岩, 郭庆华, 吴心祎, 宋旭东, 王辅臣, 于广锁

    摘要：火焰为非平衡弱电离等离子体，其中含有大量带电粒子、激发态自由基等物质。大量研究已经表明，将等离子体技术与燃烧领域相结合，可以显著缩短着火延迟时间、拓宽可燃极限、提高燃烧稳定性及降低污染物。本文基于火焰光谱诊断原理和模拟软件Maxwell，探究了直流电场对火焰形态和OH*自发发光辐射的影响。结果表明：施加直流电场后电场力主要作用在火焰根部，火焰中的正离子受力向负极移动，在火焰外观上表现为其整体形态的拉伸。贫氧燃烧工况下，火焰高度与电压值呈正相关，而富氧燃烧工况下，火焰高度仅随电压值的改变在35.08 mm附近出现小范围波动，即贫氧工况下电场对火焰高度的影响更为显著。而结合顺电效应，施加电场后火焰宽度随直流电场的增大而减小，其变化趋势在不同氧燃当量比下保持一致。向火焰施加的直流电压值小于3 kV时，OH*的峰值强度没有明显改变，电压值大于4 kV时，OH*的峰值强度与电压值呈负相关。以富氧燃烧为例，相比未施加电压的工况，OH*含量在9 kV电压作用下出现10%左右的下降，即直流电场加强了火焰径向及轴向的燃料及氧气的混合。
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  • 超临界350MW循环流化床锅炉宽负荷NOx排放特性及控制技术

    作者(Author)： 杨敬池, 王菁, 王鹏程, 王飞, 杨凤玲

    摘要：“双碳”背景下，新能源装机容量持续增加，火力发电由主体性电源逐步向辅助服务型电源转变，由于新能源具有间歇性特点，火电机组需频繁进行变负荷以深度调峰的形式维持电网稳定，但过程中逐渐暴露出低负荷NOx排放控制这一行业共性难题。本文以某超临界350 MW循环流化床机组锅炉为研究对象，分析了循环流化床锅炉变负荷过程，以及中低负荷运行时的NOx排放特性及相应影响机制，并验证了针对低负荷工况的循环流化床锅炉分区低氮燃烧控制方法，以及上二次风SNCR技术的运行效果。结果表明：随着运行负荷降低，为维持流化状态，密相区过量空气系数增加，NOx浓度相对中高负荷较高；在低负荷运行的过程中，采用分区低氮燃烧，或采用二次风SNCR脱硝可使NOx得到有效控制。
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  • 煤反向过滤燃烧波模型与反应-运输控制机制研究

    作者(Author)： 张浩, 宋泽阳, 赵重保, 惠绍棠, 党博源

    摘要：煤反向过滤燃烧涉及煤炭清洁燃烧、污染物和灾害防控，深入研究反向过滤燃烧波模型对我国实现碳中和以及可持续发展的目标有重要意义。但目前该模型研究尚存在几个待解决的关键问题：(1)传统氧气组分运输方程难以解决气固两相之间氧气非均衡的问题。(2)对于过滤燃烧波反向传播动态过程的动力学和供氧控制机制缺乏深入的分析。基于此，构建包含了五步反应体系的反向过滤燃烧波数值模型。同时采用两种不同煤样(烟煤CC和无烟煤XA)在不同的流量条件下(8L/min、32L/min、64L/min)，对反向过滤燃烧进行实验研究。研究结果表明：(1)通过实验对数值模型进行了验证，所构建的模型与实验吻合较好，且其成功预测了反向过滤燃烧波传播过程。(2)随着流量降低，氧气的供应减弱，反应活性减小，峰值温度与传播速率随之减少。同时，峰值温度也受煤样种类的影响，在同一流量条件下，XA煤样的温度要低于CC煤样。(3)随着反应温度增加，反应速率加快，反向过滤燃烧的控制机制由动力学机制向氧气传输机制转变。
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  • 400 MW对冲燃烧亚临界和1000 MW切圆燃烧超超临界燃煤机组烟气挥发性有机物排放特征研究

    作者(Author)： 陈超, 刘卫平, 汤国锋, 丁一, 张建伟, 朱希峰, 王家伟, 汪涛, 张永生

    摘要：为了了解不同容量燃煤机组烟气中挥发性有机物(VOCs)的排放特性以及不同尾部的空气污染物控制设备(APCDs)对VOCs的控制作用，在福建省国投云顶湄洲湾电力公司的400 MW亚临界对冲燃烧机组和1000 MW超超临界切圆燃烧机组进行了在线法和离线法采样测试，以获取烟气中的甲烷，非甲烷总烃以及其他VOCs的全流程浓度。结果表明，1000 MW机组SCR前的非甲烷总烃浓度(24.66 mg/m3)低于400 MW机组(33.36 mg/m3)。这是因为1000 MW机组负荷以及炉膛温度更高，且煤在切圆燃烧炉内比对冲燃烧停留时间长，所以煤燃烧更为彻底。两个机组的SCR系统均能脱除超过70%的非甲烷总烃，400 MW机组和1000 MW机组的SCR脱除效果分别为88.43%和74.32%。而在静电除尘过程(ESP)中，高压静电场可能会导致飞灰释放部分VOCs，从而增加烟气中VOCs的浓度。经过所有APCDs后，400 MW机组和1000 MW机组的VOCs排放浓度分别为8.40 mg/m3和8.47 mg/m3，整体脱除率为73.98%和63.02%，且甲烷几乎未检出。离线测试结果表明，印尼煤燃烧后VOCs主要成分为正己烷、苯系物和苯甲醛。各类固体样品(如煤、灰、石膏)的有机物含量分析显示，VOCs种类与机组大小无明显关联。这些发现填补了国外煤种燃烧的空白，有助于深入理解燃煤电厂对空气质量的影响及优化污染控制设备设计。燃煤电厂在实际运营中需要根据具体情况对污染控制设备进行优化，以达到最大的脱除效果。同时，也需要考虑机组大小和运行效率，以有效控制VOCs排放。
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  • 燃煤机组低负荷脱硝性能提升技术分析

    作者(Author)： 李月娥, 吴彦丽, 郑立星, 闫高程, 张勇

    摘要：燃煤机组深度调峰时，长期处于低负荷运行工况，导致烟气温度偏离脱硝装置正常工作区间，出现NOx超标排放问题。本文对燃煤机组的宽负荷脱硝技术进行了梳理，从催化剂侧、喷氨侧、燃烧侧、烟气侧以及给水侧对SCR（selective catalytic reduction，SCR）低负荷下的脱硝改造方案分析，结果表明高性能宽温脱硝催化剂替代和智能精细化喷氨是实现SCR优化运行的趋势。从烟气循环、喷枪位置以及宽温助燃剂对SNCR（selective non-catalytic reduction，SNCR）进行改造，三种改造方案均有利于提高机组低负荷时的脱硝效率。SCR+SNCR联合脱硝改造在循环流化床锅炉应用后能满足机组在30%～100%负荷下的脱硝要求，煤粉炉采用该技术能提高脱硝效率，降低投资成本。臭氧联合SNCR与SCR脱硝可以进一步提高脱硝效率，增强脱硝系统对负荷的适应性。
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