高昕玥 劉成昌 翁君杰 袁世震 趙鵬勃 王超偉 王長(zhǎng)安 車得福

(1.西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，710049 西安；2.寧波明州熱電有限公司，315000 浙江寧波；3.金華寧能熱電有限公司，321081 浙江金華；4.西安西熱鍋爐環(huán)保工程有限公司，710054 西安)

0 引 言

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中煤炭占比極高[1]，雖然隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，我國(guó)煤炭消費(fèi)在整體能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比將逐漸下降，但短期內(nèi)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生根本改變[2]。因此，需進(jìn)一步加強(qiáng)煤炭高效清潔利用方面的研究[3-4]。分質(zhì)梯級(jí)利用是煤炭清潔化高效利用方式之一，但若不處理生產(chǎn)中產(chǎn)生的蘭炭及氣化飛灰等副產(chǎn)品，將會(huì)造成嚴(yán)重的浪費(fèi)和污染[5-7]。工業(yè)層燃爐燃燒穩(wěn)定、分布廣泛并可靈活布置，在層燃過(guò)程中摻燒蘭炭有助于解決上述問(wèn)題。因此，研究層燃過(guò)程中煙煤與蘭炭間的高效燃燒組織方式具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)層燃過(guò)程的氮氧化物生成機(jī)理[8]與控制技術(shù)進(jìn)行了大量研究。季俊杰等[9]研究認(rèn)為層燃爐上空氣與燃料分級(jí)燃燒技術(shù)均可降低NOx排放。CAI et al[10-12]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)解耦燃燒可降低NOx排放。鄧睿渠等[13]發(fā)現(xiàn)層燃過(guò)程中碳層對(duì)NOx有著很好的還原效果。GREUL et al[14]研究發(fā)現(xiàn)燃料分級(jí)或再燃燒可減少NOx排放。HARDING et al[15]研究發(fā)現(xiàn)總固定氮的形成與燃料類型和化學(xué)計(jì)量比密切相關(guān)。YANG et al[16]研究認(rèn)為引入循環(huán)煙氣可抑制NO的排放。SCHNELLE et al[17]研究發(fā)現(xiàn)二次風(fēng)控制NOx排放效果最好。張敏等[18]發(fā)現(xiàn)減少爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)可增強(qiáng)焦炭對(duì)NOx的異相還原作用。STARLEY et al[19]的研究表明氮的生成速率與碳的氧化速率接近。GUO et al[20]研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒過(guò)程中NOx的排放仍有較大波動(dòng)變化。HABIB et al[21]認(rèn)為爐內(nèi)平均溫度和NOx濃度隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加而降低。JANCAUSKAS et al[22]研究發(fā)現(xiàn)增加一次風(fēng)再循環(huán)比也可降低NOx排放。NETZER et al[23]則針對(duì)層燃開(kāi)發(fā)了可預(yù)測(cè)熱解及燃燒的計(jì)算軟件。目前，層燃低氮燃燒技術(shù)主要圍繞單煤種或生物質(zhì)進(jìn)行，關(guān)于兩種不同特性燃料摻混燃燒和不同燃燒組織方式對(duì)NOx生成特性變化規(guī)律的研究較少。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)雙床套管式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模擬不同特性燃料摻混層燃過(guò)程，研究不同燃燒組織方式不同摻混比例下蘭炭與煙煤二元摻燒過(guò)程中NOx生成特性和燃燒效果，以期為提高蘭炭等副產(chǎn)物的利用效率和降低NOx生成提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

選取棗泉煙煤(ZQ)和陜化蘭炭(LT)作為實(shí)驗(yàn)樣品，將其破碎后篩分選出粒徑小于125 μm的樣品顆粒。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前將所需樣品平鋪并放置于干燥箱中在105 ℃下干燥24 h，樣品的工業(yè)分析和元素分析如表1所示。燃燒實(shí)驗(yàn)在如圖1所示的套管式雙床燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，該反應(yīng)器分為內(nèi)外兩層，外管的內(nèi)徑為50 mm，內(nèi)管的內(nèi)徑為30 mm，管式爐恒溫段長(zhǎng)度為20 cm。實(shí)驗(yàn)時(shí)石英孔板上放置石英濾膜，煤樣放置于石英濾膜上。通過(guò)配氣方式提供燃燒與熱解反應(yīng)所需要的氣氛，從而模擬不同配風(fēng)與燃燒組織方式。

圖1 雙床套管式反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

表1 樣品的工業(yè)分析和元素分析

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，開(kāi)啟電加熱系統(tǒng)直到管式爐溫度達(dá)到設(shè)定值，打開(kāi)相應(yīng)閥門(mén)，通入實(shí)驗(yàn)所需的氣體對(duì)管路進(jìn)行吹掃，利用電子天平稱取煤樣，將煤樣均勻地平鋪在石英濾膜上，調(diào)節(jié)好反應(yīng)器氣路后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖2所示為不同燃燒組織方式氣流流向分布。當(dāng)進(jìn)行煤樣的直接燃燒時(shí)，如圖2a所示，燃燒所需的氣體由(1)進(jìn)入，燃燒后煙氣由(2)排出，進(jìn)入煙氣分析儀檢測(cè)。當(dāng)進(jìn)行空氣分級(jí)燃燒時(shí)，如圖2b所示，主燃區(qū)燃燒所需的氣體由(1)通入，二次燃燒所需要的氣體由(2)進(jìn)入，調(diào)節(jié)(1)(2)之間的氣體流量能夠?qū)崿F(xiàn)主燃區(qū)不同一次風(fēng)當(dāng)量比的燃燒，燃燒后煙氣由(3)排出，進(jìn)入煙氣分析儀檢測(cè)。當(dāng)進(jìn)行熱解氣還原燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，如圖2c所示，蘭炭置于內(nèi)管石英隔板上，熱解的煙煤置于外管石英隔板上，燃燒蘭炭所需氣體從(1)進(jìn)入，熱解所需氣體從(3)進(jìn)入，燃燒產(chǎn)生煙氣與熱解氣在兩石英隔板之間進(jìn)行還原反應(yīng)，燃燒煙氣從(2)排出，進(jìn)入煙氣分析儀檢測(cè)。當(dāng)進(jìn)行焦炭還原煙氣實(shí)驗(yàn)時(shí)，如圖2d所示，煙煤放置于內(nèi)管石英隔板上，蘭炭放置于外管石英隔板上，燃燒所需氣體從(1)進(jìn)入，煙煤燃燒煙氣通過(guò)蘭炭，燃燒煙氣最終經(jīng)(2)排出，進(jìn)入煙氣分析儀檢測(cè)。當(dāng)進(jìn)行非預(yù)混燃料燃燒時(shí)，實(shí)驗(yàn)所用兩種樣品都放置于圖2中傳統(tǒng)燃燒的石英隔板1上，煙煤在上，蘭炭在下，樣品間用石英濾膜隔開(kāi)，燃燒所需氣體從口(1)進(jìn)入，燃燒煙氣經(jīng)(2)排出。

圖2 不同燃燒組織方式氣流流向

為研究摻混方式對(duì)混合燃料NOx生成規(guī)律的影響，當(dāng)進(jìn)行預(yù)混燃燒時(shí)，將兩種燃料放入石英隔板1前充分混合，然后將混合燃料放在石英隔板上；當(dāng)進(jìn)行非預(yù)混燃燒時(shí)，將兩種燃料用石棉網(wǎng)隔開(kāi)放在石英隔板1上。在1 000 ℃下通過(guò)預(yù)混和非預(yù)混兩種方式摻混煙煤與蘭炭，混合樣品總質(zhì)量為0.4 g，蘭炭摻混質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，25%，50%，75%及100%。

為研究一二次風(fēng)在空氣分級(jí)條件下對(duì)NOx生成曲線的影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)置一次風(fēng)當(dāng)量比分別為0.6，0.7，0.8，0.9和1，燃燒溫度為1 000 ℃，蘭炭摻混質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，25%，50%，75%及100%。

在研究氣化氣再燃條件下NOx生成曲線時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)置氣化氣氛為O2/N2(O2體積分?jǐn)?shù)分別為0%，3%，5%，7%)，0.3 g蘭炭與質(zhì)量分別為0 g，0.1 g，0.15 g，0.2 g，0.3 g的煙煤在1 000 ℃下進(jìn)行燃燒。

在研究四種燃燒組織方式隨溫度變化的氮轉(zhuǎn)化率變化規(guī)律時(shí)，煙煤與蘭炭按質(zhì)量比1∶1摻混，總質(zhì)量為0.4 g，燃燒溫度分別為800 ℃，900 ℃，1 000 ℃，1 100 ℃，1 200 ℃。

為研究不同燃燒組織方式下氮轉(zhuǎn)化率變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)設(shè)置燃燒溫度為1 000 ℃，蘭炭摻混質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，25%，50%，75%和100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

層燃爐燃燒溫度較低，燃料型NOx的生成占絕對(duì)權(quán)重，因此本研究重點(diǎn)為燃料型NOx。燃料氮經(jīng)由揮發(fā)分氮或焦炭氮向NOx轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率定義為揮發(fā)分或煤焦燃燒產(chǎn)生的NOx所含的氮元素與原煤中氮元素的質(zhì)量比，可以通過(guò)式(1)計(jì)算出氮轉(zhuǎn)化率xNO。一般來(lái)說(shuō)，煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要包括NO和N2O及NO2，由于在層燃過(guò)程中燃燒溫度較低，生成的氮氧化物主要為NO，因此在本文中主要討論NO。氮轉(zhuǎn)化率的計(jì)算公式如下：

(1)

式中：F為煙氣的體積流量，L/s；t0為開(kāi)始測(cè)量時(shí)刻，s；Δt為測(cè)量時(shí)間，s；cNO為燃燒過(guò)程中生成NO的體積濃度，μL/L；m為試樣質(zhì)量，g；w(Nd)為試樣干燥基氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；xNO為燃料氮向NO轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率。

2 結(jié)果與討論

2.1 摻混方式對(duì)氮轉(zhuǎn)化率的影響

通過(guò)預(yù)混和非預(yù)混摻混不同比例的煙煤和蘭炭，混合燃料燃燒后NOx的生成曲線如圖3所示。由圖3可知，在混合燃料中煙煤比例較大時(shí)，NOx生成曲線呈現(xiàn)明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，分別代表?yè)]發(fā)分燃燒過(guò)程和固定碳燃燒過(guò)程N(yùn)Ox的生成特性曲線。在煤燃燒初期揮發(fā)分快速逸出并迅速燃燒，NOx的排放濃度快速達(dá)到峰值，隨后熱解初期生成的中間產(chǎn)物(如HCN，NHi等)之間發(fā)生還原反應(yīng)，因此，NOx的排放濃度相應(yīng)減小。隨著燃燒的進(jìn)行，煤焦中的焦炭氮被環(huán)境中的氧氣氧化，NOx的體積濃度在煤焦燃燒過(guò)程中達(dá)到最大值。由圖3可以看出，蘭炭單獨(dú)燃燒時(shí)氮轉(zhuǎn)化率明顯高于煙煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)的氮轉(zhuǎn)化率。因此，隨著蘭炭在混合燃料中的比例增大，NOx的峰面積增大。

圖3 燃料在不同摻混方式下燃燒NOx的生成曲線

兩種摻混方式下的氮轉(zhuǎn)化率如圖4所示，隨著混合燃料中蘭炭含量增加，燃料燃燒的氮轉(zhuǎn)化率在兩種摻混方式下均有所升高。無(wú)論是煙煤還是蘭炭在單獨(dú)燃燒時(shí)，采用預(yù)混方式和非預(yù)混方式的氮轉(zhuǎn)化率不相上下。同一摻混比例條件下，采用預(yù)混方式的混合燃料的氮轉(zhuǎn)化率較高，非預(yù)混條件下的氮轉(zhuǎn)化率較低。這是因?yàn)椴捎妙A(yù)混方式時(shí)兩種燃料混合較為均勻，在燃燒過(guò)程中幾乎可以認(rèn)為混合燃料為一種燃料，采用非預(yù)混方式時(shí)，兩種燃料因?yàn)椴痪鶆虻幕旌峡赡艽嬖谝欢ǖ姆謱?，燃料的分層?dǎo)致后燃燒的燃料產(chǎn)生的煙氣中的NOx可能會(huì)被先燃燒的燃料的煙氣還原。因此，預(yù)混方式下混合燃料的氮轉(zhuǎn)化率更高。

圖4 不同摻混方式燃燒下的氮轉(zhuǎn)化率

2.2 一二次風(fēng)比例對(duì)氮轉(zhuǎn)化率的影響

圖5所示為不同一次風(fēng)當(dāng)量比下不同摻混比例的混合燃料的NOx生成特性曲線。隨著蘭炭摻混比例的提高，混合燃料中固定碳含量相應(yīng)增大，圖5中第一個(gè)峰的峰面積逐漸減小，燃料燃盡的時(shí)間增大。一次風(fēng)當(dāng)量比較小會(huì)導(dǎo)致層燃燃燒初期主燃區(qū)燃料在貧氧條件下發(fā)生熱解及氣化反應(yīng)，而分級(jí)配風(fēng)可在爐膛內(nèi)營(yíng)造還原性氛圍，有助于降低燃燒過(guò)程中NOx的生成量。不同于過(guò)去傳統(tǒng)燃燒方式下NOx的生成特性，當(dāng)煙煤在一次風(fēng)當(dāng)量比為0.6時(shí)單獨(dú)燃燒，揮發(fā)分的峰值大于焦炭的峰值。原因?yàn)槌藷熋簱]發(fā)分含量較高外，在空氣分級(jí)燃燒中主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比低可促進(jìn)煙煤的熱解與氣化，從而導(dǎo)致熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分與氣化氣燃燒過(guò)程消耗的燃料占總?cè)剂狭康拇蟛糠?，燃燒主要過(guò)程為氣體燃燒，故而氣相燃燒過(guò)程的NOx峰值與峰面積大。當(dāng)主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比較小時(shí)，在貧氧條件下燃料的熱解和氣化會(huì)反應(yīng)掉煤焦中的部分固定碳，導(dǎo)致固體焦炭中剩余的碳含量相應(yīng)下降。因此，焦炭燃燒后期所生成的NOx含量減少。

圖5 空氣分級(jí)條件下NOx生成曲線

同時(shí)，根據(jù)圖5可知，隨著主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比增大，第一個(gè)峰的峰值與峰面積逐漸減小。因?yàn)樵谄渌麠l件相同時(shí)，主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比小使燃料燃燒所處環(huán)境的貧氧程度更深，熱解產(chǎn)生揮發(fā)分與熱解后產(chǎn)生焦炭的燃燒過(guò)程有更明顯的區(qū)分。主燃區(qū)隨著一次風(fēng)當(dāng)量比的增加而處于氧化性氛圍，揮發(fā)分峰的峰值與峰面積逐漸減小。當(dāng)主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比為1時(shí)，揮發(fā)分峰的峰值與峰面積達(dá)到最低。

空氣分級(jí)燃燒的氮轉(zhuǎn)化率變化如圖6所示。由圖6可知，在同一一次風(fēng)當(dāng)量比下，氮轉(zhuǎn)化率隨著蘭炭摻混比例的升高而升高。混合燃料采用摻混方式時(shí)，主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比最小時(shí)燃燒的氮轉(zhuǎn)化率最低。因?yàn)橹魅紵齾^(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比較小時(shí)，燃料產(chǎn)生的煙氣處于還原氣氛，在揮發(fā)分與貧氧熱解產(chǎn)生熱解氣體的還原作用下促進(jìn)已經(jīng)生成的NOx的還原。但在相同摻混比例下，主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比為1時(shí)，混合燃料燃燒氮轉(zhuǎn)化率并未達(dá)到最高。這是因?yàn)樵诳諝夥旨?jí)條件下?lián)]發(fā)分和焦炭的燃燒是氮氧化物的主要來(lái)源。燃料在高溫下貧氧燃燒，當(dāng)主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比較小時(shí)，已生成的NOx能被產(chǎn)生的大量還原性氣體還原，燃料燃燒產(chǎn)生的還原性氣體隨著主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比的升高而減少。同時(shí)，還原熱解氣可在遇到二次風(fēng)后迅速燃燒，從而無(wú)法達(dá)到還原效果。因此，在主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比為1時(shí)，燃燒初期所產(chǎn)生的還原性氣體還原了一部分燃燒生成的NOx，從而氮轉(zhuǎn)化率并未達(dá)到峰值。

圖6 空氣分級(jí)燃燒的氮轉(zhuǎn)化率分布

2.3 氣化氣再燃對(duì)氮轉(zhuǎn)化率的影響

為研究熱解氣化氣對(duì)燃燒煙氣中NOx的還原效果，采用煙煤熱解氣還原蘭炭燃燒所產(chǎn)生煙氣中的NOx，對(duì)比在不同氧體積分?jǐn)?shù)的微氧化氣氛條件下熱解氣對(duì)NOx的還原效果。圖7所示為在氧體積分?jǐn)?shù)不同的O2/N2氣化氣氛下，蘭炭與不同質(zhì)量煙煤燃燒NOx生成特性曲線。由圖7可知，在熱解氣還原條件下NOx排放曲線呈單峰結(jié)構(gòu)。因?yàn)樘m炭揮發(fā)分含量低，其燃燒產(chǎn)生的煙氣流出后受到熱解產(chǎn)生的還原性氣氛熱解氣的還原，排放曲線僅有一個(gè)峰。隨著微氧化氣氛中O2體積分?jǐn)?shù)的升高，各工況下NOx排放曲線的峰值先降低后升高，峰面積均下降。因?yàn)樵谖⒀趸h(huán)境中的氧氣為煙煤的微氧化氣化提供了更充分的氣氛條件，產(chǎn)生的還原性氣體增加，蘭炭燃燒煙氣中NOx的還原得到加強(qiáng)。當(dāng)O2體積分?jǐn)?shù)提高到7%時(shí)，產(chǎn)生的還原性氣體與氧氣反應(yīng)，因此NOx的還原效果變差。氣化氣再燃的氮轉(zhuǎn)化率分布如圖8所示。在熱解氣還原的不同燃燒工況中，在氧氣體積分?jǐn)?shù)低于(包括)5%時(shí)，隨著氣氛中O2體積分?jǐn)?shù)的升高，燃料的氮轉(zhuǎn)化率逐漸降低。當(dāng)熱解氣氛中O2體積分?jǐn)?shù)升高至7%時(shí)，燃料的氮轉(zhuǎn)化率提高。因?yàn)殡S著微氧化氣氛中O2體積分?jǐn)?shù)增加，煙煤的熱解逐漸脫離還原性氣氛，熱解產(chǎn)生的還原性氣體被氧氣氧化。因此，氣化氣再燃造成蘭炭燃燒生成的NOx還原量降低，同時(shí)煙煤熱解氣燃燒產(chǎn)生的揮發(fā)分氮增多，從而氮轉(zhuǎn)化率升高，造成隨著O2體積分?jǐn)?shù)升高氮轉(zhuǎn)化率先減小而后增大的現(xiàn)象。O2/N2氣氛下各個(gè)工況熱解氣再燃條件下，隨著煙煤質(zhì)量的升高，氮轉(zhuǎn)化率降低，因?yàn)樘岣邿熋嘿|(zhì)量促進(jìn)了更多還原性基團(tuán)的生成，在燃燒過(guò)程中還原生成NOx。

圖7 氣化氣再燃條件下的NOx生成曲線

圖8 氣化氣再燃條件下的氮轉(zhuǎn)化率

2.4 燃燒溫度對(duì)氮轉(zhuǎn)化率的影響

隨著溫度的變化，四種燃燒組織方式下的氮轉(zhuǎn)化率變化如圖9所示。由圖9可知，不同的燃燒組織方式下，在800 ℃到1 000 ℃之間氮轉(zhuǎn)化率較高，并且氮轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而大大降低。在溫度較低時(shí)煤焦燃燒速率低，但實(shí)驗(yàn)中的氧氣供給足夠煤焦在溫度相對(duì)較低時(shí)在氧化性氣氛下燃燒，因此煤焦中的氮元素被氧化生成NOx。當(dāng)溫度升高后，煤焦在高溫下快速燃燒，氧氣供給無(wú)法滿足燃燒的需氧量，燃料在貧氧條件下燃燒，在溫度較高時(shí)能營(yíng)造出還原性更強(qiáng)的燃燒氣氛，從而促進(jìn)更多生成的NOx被還原。在不同工況下，900 ℃時(shí)氮轉(zhuǎn)化率最高。因?yàn)樵趯尤歼^(guò)程中，900 ℃時(shí)燃料燃燒過(guò)程中NOx的轉(zhuǎn)化率較高，同時(shí)該溫度下焦炭與熱解產(chǎn)生的還原性揮發(fā)分氣體對(duì)煙氣中已經(jīng)生成的NOx的還原率并不高。而當(dāng)熱解溫度繼續(xù)升高至1 000 ℃，1 100 ℃，1 200 ℃時(shí)，各燃燒方式下燃料氮轉(zhuǎn)化率均呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)。因此，不同燃燒組織方式下燃料燃燒過(guò)程中氮轉(zhuǎn)化率的變化趨勢(shì)具有一定相似性。隨著燃燒溫度的升高，氮轉(zhuǎn)化率先升高，然而隨著溫度持續(xù)升高，還原性氣氛在爐內(nèi)形成，氮轉(zhuǎn)化率相應(yīng)降低，氮轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)燃燒溫度為900 ℃。

圖9 不同溫度條件下的氮轉(zhuǎn)化率

2.5 不同燃燒組織方式下的氮轉(zhuǎn)化率

不同燃燒組織方式下的氮轉(zhuǎn)化率變化如圖10所示。由圖10可知，在摻混比例相同時(shí)，預(yù)混燃燒與空氣分級(jí)燃燒的氮轉(zhuǎn)化率較高，非預(yù)混燃燒和熱解氣再燃的氮轉(zhuǎn)化率較低，其中焦炭再燃方式下的氮轉(zhuǎn)化率最低。煙煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)，空氣分級(jí)燃燒方式的氮轉(zhuǎn)化率最高，因?yàn)闊熋簱]發(fā)分含量高，該燃燒組織方式促進(jìn)揮發(fā)分燃燒，從而增大揮發(fā)分的氮轉(zhuǎn)化率。當(dāng)混合燃料燃燒時(shí)，在焦炭還原燃燒煙氣下的氮轉(zhuǎn)化率最低，非預(yù)混燃燒與焦炭還原燃燒的還原效果相似。由于非預(yù)混燃燒將煙煤與蘭炭用石英濾膜隔開(kāi)置于反應(yīng)器中，其燃燒過(guò)程與焦炭還原煙氣的燃燒方式有一定的相似性，層燃燃燒過(guò)程的表面燃燒煙氣通過(guò)燃料層時(shí)，煙氣中的NOx在高溫下被還原。氣化氣再燃過(guò)程中熱解氣與高溫?zé)煔饣旌?，煙氣中一部分NOx被還原。焦炭再燃過(guò)程中，煙氣在高溫下穿過(guò)焦炭層時(shí)，煙氣中部分NOx被還原，兩種燃燒組織方式由于再燃燃料的還原作用，氮轉(zhuǎn)化率均明顯降低。預(yù)混燃燒煙氣中的氮轉(zhuǎn)化率最高，這是因?yàn)閮煞N燃料提前預(yù)混，燃燒過(guò)程中均勻的燃料燃燒特性導(dǎo)致煙煤的揮發(fā)分析出燃燒與蘭炭和煙煤熱解所余焦炭燃燒過(guò)程相互獨(dú)立，相互之間的還原效果降低，因此該燃燒組織方式下具有較高的氮轉(zhuǎn)化率。

圖10 不同燃燒組織方式下的氮轉(zhuǎn)化率

3 結(jié) 論

1) 非預(yù)混條件下燃料的分層效果會(huì)使得煙氣中NOx被還原，因此同一摻混比例條件下預(yù)混燃燒的氮轉(zhuǎn)化率高，非預(yù)混燃燒的氮轉(zhuǎn)化率低?？諝夥旨?jí)燃燒時(shí)，主燃區(qū)一次風(fēng)當(dāng)量比較小會(huì)使揮發(fā)分燃燒與焦炭燃燒兩個(gè)過(guò)程區(qū)分度更高，燃料在貧氧條件下發(fā)生氣化反應(yīng)生成的氣化氣會(huì)促進(jìn)還原燃燒生成NOx。

2) 氣化氣再燃時(shí)，O2體積分?jǐn)?shù)由0%升至5%燃燒過(guò)程中燃料的氮轉(zhuǎn)化率逐漸下降，而當(dāng)O2體積分?jǐn)?shù)升高至7%時(shí)，氮轉(zhuǎn)化率有所升高。溫度對(duì)焦炭燃燒過(guò)程中NOx排放的影響明顯，氮轉(zhuǎn)化率最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度為900 ℃左右。在同一摻混比例下，預(yù)混燃燒與空氣分級(jí)燃燒的氮轉(zhuǎn)化率較高，燃料在焦炭再燃方式下的氮轉(zhuǎn)化率最低。