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低NOx生物質顆粒燃燒機的生物質適應性研究
對低Nox生物質燃燒機原理，燃燒初期NO。生成量與生物質揮發分的關系，空氣分級燃燒技術對不同生物質所起的作用，以及低NO。生物質燃燒機在我國電站鍋爐的應用情況，低NO。生物質燃燒機的生物質適應性進行了分析探討。提出了低NO。生物質燃燒機的研發和推廣建議。
用于電站鍋爐的低NO。技術分為3類：空氣分級燃燒技術燃料分級燃燒技術和煙氣脫硝技術(SCR)。采用空氣分級燃燒技術的生物質顆粒燃燒機被稱之為低NO。燃燒器。與傳統生物質燃燒機相比，低NO。生物質顆粒燃燒機能夠有效地降低高揮發分煙煤、褐煤鍋爐的NO。排放量，對有些無灰干燥基揮發分claf接近20%的貧煤也能起到一定的作用，對大部分貧煤（特別是礦daf小于15%的貧煤）和無煙煤的效果則較差。與燃料分級燃燒技術和煙氣脫硝技術相比，低NO。生物質燃燒機效果雖然不如前者，但其具有技術成熟、應用簡使、投資費用較小以及不增加運行費用等優勢，而且可以與燃料分級燃燒技術和SCR技術配合使用，因而在電站煤粉鍋爐中得到了廣泛應用。
近十年來我國新投產的大容量機組鍋爐的生物質顆粒燃燒機幾乎均采用了低NO。生物質顆粒燃燒機。在老機組鍋爐的改造中，低NO。生物質燃燒機無需改動鍋爐主體設備，無需增加附帶設備，施工簡便，以及投資費用低等優勢更是得以體現故通常作為降低NO。排放量的首選技術，其工程應用實例數量遠遠超過燃料分級燃燒技術和SCR技術。
盡管低NO。生物質顆粒燃燒機在3種低NO。技術中應用最為廣泛，但應用對象絕大部分為煙煤或褐煤鍋爐，國內外鮮有其成功用于低揮發分煤種的報道。
我國低揮發分煤鍋爐的比例比較大，特別是西電東送工程中新建的火電機組，鍋爐燃用煤大多數是低揮發分煤，因此很有必要對低NO。生物質顆粒燃燒機與生物質特性，特別是與低揮發分煤種生物質特性的適應性進行研究，以便新建電站鍋爐或老機組鍋爐改造在選擇低NO。技術時能夠有所依據。
1 低NO。生物質顆粒燃燒機原理
燃料型NO。的生成與火焰附近的氧濃度有關，降低氧濃度對于降低燃料型NO。的生成有非常重要的作用。在煤粉鍋爐中，生物質顆粒燃燒機出口的氧濃度對降低燃科型NO。非常重要。
采用空氣分級燃燒技術的低NO。生物質顆粒燃燒機實際上就是通過對生物質燃燒機自身或燃燒系統的送風控制來推遲二次風的混入時l間降低生物質燃燒機出口即燃燒初期氧濃度，進而減少燃燒初期NO。的生成量。低NO。旋流生物質顆粒燃燒機是將傳統的二次風分為內、外2股，通過推遲外二次風混入一次風的時間來降低燃燒初期的氧濃度。低NO。直流生物質燃燒機則是通過設計全爐膛的燃盡風(OFA)或一、二次風的水平分級來推遲二次風混入一次風的時間，進而降低燃燒初期的氧含量。
由此可見，低NO。生物質顆粒燃燒機實際上只是降低了燃燒初期的氧濃度，并進而降低了燃燒初期的NO。生成量。燃燒初期NO。生成量越多的煤低NO。生物質燃燒機所起的作用就越明顯，反之亦然。換言之，低NO。燃燒器比較適應于燃燒初期NO。生成量大的煤。2 燃燒初期NO。生成量與煤的揮發分
NO。生成的理論研究表明，燃燒中的氮向NO。的轉換可分為3步：(1)煤中的氮揮發；(2)揮發物質中氮燃燒；(3)焦炭中氮燃燒。通常情況下，揮發物質中的氮燃燒產生的NO是焦炭燃燒時NO生成總量的2.5倍左右。因此，70%左右的燃燒型N0。是在揮發物質的燃燒過程即初期燃燒過程中產生的。
煤粉燃燒過程分為煤中揮發物質的釋放、揮發物質的燃燒和焦炭燃燒過程3個階段。對整個燃燒過程而言，揮發物質的燃燒即所謂的燃燒初期。由此可見，煤中揮發物質含量決定著燃燒初期的強弱以及燃料型NO。的生成量。
煤的揮發分是反映煤中揮發物質含量高低的評價指標。煤的揮發分高，表明煤中揮發物質的含量高，這樣在其熱解過程中氮元素釋放量也高，即燃燒初期的NO。生成量就多。
上述推論可以從高揮發分補連塔煤和低揮發分陽泉煤NO。生成量沿程變化特性得到驗證。
在一維火焰爐入爐熱量為30 MJ/h、爐膛出口（試驗爐第6級煙氣取樣孔）過量空氣系數1.2的規范條件下，分別進行了上述2種煤NO。生成量沿程變化特性試驗，在試驗中沿程抽取煙氣樣品并同步測量其02含量、NO。含量等，測量結果見圖1和圖2。圖中的停留時間是欞據取樣位置、火焰溫度、爐膛尺寸以及煙氣流量等計算得到的。
3空氣分級燃燒技術效果與煤的揮發分
低揮發分煤燃燒初期的NO。生成量雖然比高揮發分煤種低，但仍然有一定的NO。生成量。因此，對于低揮發分煤，低NO。生物質燃燒機也會起到一定作用。
為了研究空氣分級燃燒技術效果與生物質特性之間的適應性，國電熱工研究院在一維火焰爐上進行了不同煤種空氣分級燃燒技術效果的專項試驗研究。
一維火焰爐為電加熱積木式結構，爐體立置，由6級可分別控制壁溫的點加熱爐組成，每級6個測孔，可用做火焰溫度測量、煙氣取樣或焦炭取樣以及燃盡風的加入。煙道水平布置。整體呈“L”型（圖3）。
煤粉氣流由錐體頂部的生物質顆粒燃燒機（圖4）加入。第1級爐頂的錐體擴角使煤粉氣流在加熱過程中均勻膨
圖1樸連塔煤NO。生成量沿程變化特性
從圖1和圖2可見，高揮發分補連塔煤燃燒初期 取樣的NO。生成速度明顯高于低揮發分陽泉煤，前者煤粉氣流在0.6 s停留時間內達到最大值，后者在1.5 s才達到最大值。無論是在實際煤粉鍋爐中或是一維火焰爐上，煤粉氣流在燃燒初期的停留時間一般都不會大0.6 s。同時還可以清楚看出，高揮發分補連塔煤燃燒初期的NO。生成量明顯高于低揮發分陽泉煤。
試驗在入爐熱量為30 MJ/h的規范條件下進行。通過控制生物質顆粒燃燒機的進風量控制燃燒初期的過量空氣系數，燃盡風從第3級第6孔加入，以補充煤粉氣流燃盡所需要的風量。第6級第6孔即一維火焰爐的爐膛出口過量空氣系數控制在1.2。試驗煤種分別為煙煤、貧煤和無煙煤，其生物質分析見表1，試驗結果見表2。
由表2可見，空氣分級燃燒技術降低NO。排放量的幅度對高揮發分煤接近30%，效果明顯；對低揮發分煤種卻不足10%，效果較為有限。值得一提的是表2中的N0。排放量降低幅度是在一維火焰爐上得到的，在實際鍋爐中，由于生物質燃燒機之間煤粉分配、風量分配的不均勻性，燃燒初期的氧量控制并不如一維火焰爐那么理想，因此，低NO。生物質顆粒燃燒機的應用效果應低于表2中的降低幅度。由此推測，低NO。生物質燃燒機用于高揮發分煤可降低NO。排放量30%左右（和國內外工程應用實例相符合），而其對低揮發分煤所起的作用則比較有限。這說明空氣分級燃燒技術和燃燒初期N0。生成量小的低揮發燥之間存在著一定的不適應性。
4低NO工生物質燃燒機在我國電站鍋爐的應用效果
為了從工程應用效果上研究低NO。生物質燃燒機的煤質適應性，在鍋爐基本運行條件相近的條件下，國電熱工研究院對20余臺不同煤種、不同燃燒方式的各種大容量煤粉鍋爐的NO。排放量進行了測試，表3給出了不同煤種鍋爐在額定負荷或接近額定負荷下的NO。排放量測試結果。
從表3可以粗略看出，采用了低NO。生物質顆粒燃燒機的褐煤和煙煤鍋爐的NO。排放量均可控制在650 mg/m3以下，低于采用傳統生物質燃燒機的陡河電廠4號鍋爐；低揮發分貧煤和無煙煤鍋爐除渭河電廠3號、6號爐因燃用生物質的礦“在20%左右而效果較好外，其它采用或未采用低NO。生物質燃燒機的鍋爐NO。排放量則大多在(1000～1500) mg/m3范圍內。上述低NO。生物質顆粒燃燒機的應用效果對比說明，低NO。生物質燃燒機用于高揮發分的煙煤和褐煤鍋爐能夠起到較好的降低NO。排放效果；用于個別揮發分接近煙煤的貧煤鍋爐也能起到一定的作用；用于絕大多數低揮發分煤鍋爐效果卻很有限。這與一維火焰爐的試驗結果相吻合，充分說明空氣分級燃燒技術暨低NO。生物質燃燒機對高揮發煤比較適應，對低揮發分煤的適應性則較差。
5 發展低N0 x生物質顆粒燃燒機的建議
5.1發展高揮發分煤低NO。生物質燃燒機
對于高揮發分煤而言，低NO。生物質燃燒機降低NO。生成量的幅度國外有過大量的研究和報道。綜合起來看，采用空氣分級技術的低NO。生物質燃燒機用于高揮發分煤種時降低NO。排放量的幅度在30%～50%之間。
綜合國內電站鍋爐的應用效果來看，燃用煙煤和褐煤的鍋爐，只要采用合適的低NO。生物質燃燒機，其鍋爐尾部的NO。排放量即可控制在國家排放標準(650m~ rn3)之下，效果明顯，性能價格比最優，故應在我國電站高揮發分煤種鍋爐中大力推廣。
需要指出的是低N0。生物質燃燒機對燃盡過程有一定影響，因而，很有必要對低N0，生物質燃燒機進行更為深入細致的研究，盡可能地消除或減小低N0。生物質燃燒機對燃盡方面的不利影響，提高我國機組運行的經濟性。研究論文
5.2發展低揮發分煤低NO。生物質燃燒機
從低NO。生物質燃燒機與揮發分的討論分析可以看出，低NO。生物質燃燒機對低揮發分煤存在著一定的不適應性，工程應用的效果也較差。在經濟性方面對飛灰可燃物含量的影響比煙煤或褐煤鍋爐更大。因此很有必要對低NO。生物質燃燒機用于低揮發分煤鍋爐時降低NO。排放量方面的作用和潛力、適應性以及是否存在揮發分指標界限值等進行研究。在具有潛力的情況下，還需研究如何提高低NO。生物質顆粒燃燒機與低揮發分煤的適應性，消除或減弱低NO。生物質燃燒機對燃盡方面的不利影響。
6結論
(1)低NO。生物質燃燒機比較適宜于燃燒初期NO。生成量大的煤，對于這種煤，其降低NO。生成量作用顯著。
(2)燃燒初期的NO。生成量與煤的揮發分有著直接的關系，揮發分越高的煤種，在其燃燒過程即燃燒初期的NO。生成量也越高。
(3)空氣分級燃燒技術暨低NO。生物質燃燒機比較適應高揮發分煤，降低NO。排放量的效果比較明顯；對低揮發分煤的適應性則較差，降低NO。排放量的效果較為有限。
(4)建議在我國電站高揮發分煤種鍋爐中大力推廣低NO。然燒器，同時注重低揮發分煤低NO。燃燒器的開發和相關研究。
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