生物质燃烧过程中NOx排放物的形成与控制

生物质燃烧过程中NOx排放物的形成与控制
    前  言
    由于石油和天然气日益短缺，在日本越来越多的电站和工业都将烧煤。所以，控制燃烧的技术就

成为极其需要的技术，它可以减少氮氧化物NOx而不会浪费燃料，不会引起运行问题，不会损坏设备

，也不会增加碳粒和一氧化碳等污染。
    为便于研究生物质燃烧过程中NOx的形成和对它的控制，设计了一个向下燃烧用作实验的管式炉

膛体系。利用这个模型炉膛装置，曾进行过大量的生物质燃烧实验。在研究了一次风量、过量空气系

数、燃烧空气温度自及颗粒尺寸对NOx形成的影响之后，以澳大利亚、加拿大、中国、南非的九种进

口煤在各种不同的条件下进行燃烧，以确定煤的性质对，NOi形成的影响。
    其次，还试验了两段燃烧来探测各段空气进入位置对于控制NOx的影响。另外还做了一个再燃过

程试验，研究一些参数如。喷射位置、二级燃料的喷射比、再燃区域的长度以及主燃区内化学当量比

对控制NOx的影响。
    本文介绍了上述关于燃烧不同的进口煤种和采用分段燃烧与再燃烧过程控制NOx的实验结果。
    1．实验装置
    设计的生物质燃烧炉膛系统如图1和图2所示，允许的燃烧率约为10公斤煤／小时，实验系统的流

程图见图1。垂直燃烧室长400cm，外径76cm，内径20cm，防火材料见
    本炉膛装置装有两个辅助生物质燃烧机，它可以控制内壁温度。
一  生物质从顶部的给料器中落下，然后与一次风混合，并送至扩散型生物质燃烧机。
    2．各种进口煤的燃烧实验
    表1列出了本实验所用的来自澳力利皿、加拿大、中国和南非的九种进口煤。生物质颗粒尺寸在

so --70∞m之间。
    在距生物质燃烧机400cm的观测孔处插入硅喷嘴进行飞灰取样。    在对进口煤进行分段燃烧实

验时，‘第二段空气由距生物质燃烧机198cm处的两只进口加入。
    3．分段燃烧和再燃过程实验
    用于这些实验中的粉煤列于表2。这是日本发电常用的一种锅炉用煤，其颗粒大小仍是50～

70um。
    分段燃烧实验时，第二级空气喷入位置分别距生物质燃烧机12，60，198，273cm。
    图3表示再燃过程的概念简图。在研究再燃过程时，对一些参数如：喷入位置、二级燃料喷射比

、再燃区域的长度、以及一次风区域内的化学当量比都进行了评价，以确定一种佳工况。
实验结果及其讨论
    1．各种进口煤的燃烧实验结果
    NOx排放量的实验结果表示于图5，从图中可以看出，随着过量空气系数的增加，NOx排放量也增

加，而且除煤种D以外，低挥发份煤受过量空气系数影响比高挥发份的煤更为强烈。
总是超过NOx总量的80%【．1，这里计算的转化率是假定NOx的排放量全都来自燃料。从图6可以看出

，转化率随燃料氮含量的增加而降低。
    图7表示转化率与燃料比之间的关系．随着燃料比增加，转化率有下降的趋势，这个结果写实际

测试结果不同I引，可以解释为这是因为不同的旋流强度造成的。
    图8表示飞灰中未燃的含碳量。未燃尽的含碳量与燃料比有着密切的关系。但是，这并不足以说

明在评价燃烧情况时，飞灰含碳量只取决于燃料比，正如从图8所看到的。    图9表示各种进口煤分

段燃烧的实验结果。当第一级化学当量比在0.7和0.85之间时，NOx的降低效率达到33～65%。
    2．分段燃烧和再燃过程的实验结果
    图10表示第二级空气喷入位置对控制NOx的影响。在喷入位置远离生物质燃烧机时，NOx排放量下

降，但是当其位置移到生物质燃烧机火焰区域的后面，NOx的降低效率即达到饱和。图11表示在每个

二级空气喷入位置上NOx大的降低效率。
    所谓再燃过程是由日本锅炉制造商研制的一种锅内脱氮系统【6】【7】。图12表示二级燃料的喷

射比(f)与控制NOx的关系。在一次风区域，过量空气系数为1.08,总的过量空气系数为1.1。从图12可

以看出，增加(f)，NOx的降低效率迅速提高。实验中，当第二级燃料喷射比为30%时,NOx的降低效率

达到了60%，可以由于燃烧室长度的限制，未-降低效率：2-离开生物质燃烧机轴向距离能测得还原区

域的长度。
    一次风区域和再燃区域长度影响的实验结果见图13。图中横轴表示周3中的再燃区域长度。从图

13可以清楚地看到，随着一次风区域和再燃区域长度的增加，NOi排放量降低。
    如上所述，足够的还原区长度对于采用再燃过程是至关重要的，这样将引起炉子尺寸的增大，在

实用上极不合算。然而将其与低N0x生物质燃烧机或分段燃烧结合起来使用，却可能达到较高NO)r降

低效率，而且从能量守恒的观点来看，说不定也是一种有效的技术。
结  论
    通过对各种进口煤的燃烧实验和分段燃烧与再燃过程的实验获得的结果如下：
    (1)可以认为NOx的形成明显地：受到燃料比及煤中氮含量的影响。
    (2)对各种进口煤的分段燃烧实验，当一次风的化学当量比在0.7～0. 85之间，NOx降低效率达到

33～65%。
    ( 3) NOx排放量随第二段空气喷入位置远离生物质燃烧机而下降，但是在一次风区域内的某一滞

留时间，NOx降低效率达到饱和。
    (4) NOx排放量随一次风区域和再燃区域长度的增加而下降。当二次燃料喷射比为300A时，NOx降

低效率可达60%。