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1、华中科技大学 硕士学位论文 煤粉着火过程中NOx生成特性的实验研究 姓名：高莹 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：丘纪华 20070604 I 摘摘 要要 随着电力行业的发展， 煤炭的消耗量在未来较长的一段时间内将持续增长， NOX 排放量也会逐渐增加。NOX的大量排放对生态环境将造成严重的污染和破坏。因此， 控制 NOX的排放是我国能源和环保领域急需解决的关键性问题。 根据 NOX的生成机理，国内外开发了多种低 NOX燃烧技术，其中低 NOX燃烧 器技术是综合性很佳的控制 NOX的手段。但在实际燃煤电厂运行中，需要对 NOX生 成影响因素作全面的研究，以期发挥低 NOX燃烧器的最
2、大效果。对 NOX的排放特性 已经有了大量研究，但多注重于理论研究、煤粉的静态燃烧和对整个炉膛的模拟， 对煤粉着火阶段燃烧器喷口处 NOX释放特性的试验研究甚少。 本文在自行设计的着火炉上对三种煤种在着火阶段NOX沿炉膛轴向的生成特性 作了大量试验研究，分析了一次风率对NOX生成的影响以及合适的一次风率值，并 对其他影响因素进行了详细的分析。试验结果表明：NOX在着火阶段大量生成，浓 度达到峰值，峰值位置和挥发分含量有关；一次风率对NOX生成特性有很大影响， 随一次风率的降低，NOX整体排放水平和峰值都大幅度下降，但一次风率存在一个 最佳值，不是越低越好；温度对此试验条件下NOX的生成有一定的
3、影响；在此试验 条件下，煤种对NOX的影响较复杂，总体来说，挥发分含量越高，NOX生成量越大； 灰分、水份也对NOX的生成有一定影响；相比而言，煤种含氮量对NOX生成量的影响 较小。 关键词：煤粉着火 着火炉 NOX排放 II Abstract With the development of electric power industry, the coal consumption will continue increasing within a long period of time as well as the NOX emission. However, the large amoun
4、t of NOX emission will cause serious pollution and damage to the environment. Therefore, it is urgent and critical to control the NOX emission in the field of energy and environment. According to the NOX formation mechanism, NOX control technology has been developed. The low NOX burner is one of the
5、 greatest control techniques. In order to bring its effect into full play, the factors that influence the formation of NOX need to be studied comprehensively in practical operation of power plant. Though there are a large number of studies in the characteristics of NOX emission, most of them focus o
6、n the theoretical study, the static combustion and the stimulation to the entire furnace. Few experimental studies are performed in the characteristics of NOX emission during the pulverized coal ignition. In this thesis, the characteristics of NOX emission along the self-designed ignition furnace we
7、re investigated for three typical pulverized coals under different main air rates during ignition stage. Other factors were analyzed particularly. The results show that NOX are mainly produced in the primary ignition zone. Its concentration reaches the peak which relates to the volatile content. Mai
8、n air rate has a great influence on the release of NOX. With the decrease of main air rate, NOX decreases gradually. However the lower is not the better, there exists an optimal main air rate. Temperature plays an impact in the NOX formation under the experimental condition. NOX emissions are close
9、related to the coal sort. The NOX concentration increases with the increase of volatile content. Content of ash and moisture also exert some influence. But nitrogen content has a small influence in the NOX formation. Key words: Pulverized coal ignition Ignition furnace NOX emission 独创性声明独创性声明 本人声明所呈
10、交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩
11、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪绪 论论 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国， 目前煤炭占我国能源需求总量的75% 左右，大大超出了27%的世界平均水平，而且在已探明的一次能源储备中，煤炭仍是 主要能源，这决定了发电能源以煤为主的格局。在火电机组排放的众多大气污染物 中，氮氧化物（NOX）因其对生态环境危害极大，是重点控制的污染物之一。据统 计， 2000年全国电站锅炉NOX平均排放浓度为750mg/m3， NO
12、X排放总量为258.02万吨， 比1995年增加了93万吨。到2010年，NOX平均排放浓度将降到650mg/m3，但NOX排 放总量预计仍将高达594.74万吨。因此，控制燃煤NOX的排放是我国能源和环保领域 急需解决的关键性问题1,2。 1.1 NOX产生的危害及其来源产生的危害及其来源 1.1.1 NOX的危害的危害3 NOX是一种危害人体健康和破坏大气环境，与 CO、SO2齐名的污染物。各种污 染源排放的氮氧化物中，绝大部分为 NO，其毒性不大。但其氧化可形成毒性更强的 物质。 NOX易于与血液中的血色素结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹，同时对 人的肺组织、心脏、肝脏、造血组织等均
13、造成危害4（见表 1-1） 。当空气中 NO2含 量为 3.5ppm 并持续 1 小时，开始对人有影响；含量为 2050ppm 时，对人眼睛有刺 激作用；当含量达到 150ppm 时，对人的呼吸器官有强烈的刺激。特别危险的是，器 官经过刺激暂时恢复以后，只要 38 小时就会导致肺气肿，很有可能致命。 NOX对森林和作物的损害同样相当大，其所造成的大气环境污染可引起农作物和 林木枯黄，产量下降，品质变劣。NOX的危害大多通过叶表面的气孔进入植物体内 而造成：有毒物质进入植物活体组织后，干扰了酶的作用，阻碍了各种代谢机能； 同时，有毒物质在植物体内会进一步分解或参与合成过程，产生新的有害物质，侵
14、害机体的细胞和组织，使其坏死。 2 表 1-1 不同浓度的 NO2对人体健康的影响 浓度 (ppm) 影响 1.0 5.0 1015 50 80 100150 200 以上 闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到刺激 1 分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 35 分钟之内引起胸痛 人在 3060 分钟就会因肺水肿死亡 人瞬时死亡 同时，NOX对环境和气候也有很大的影响。燃煤过程中形成的 NOX溶于水后会 形成硝酸雨，研究表明同样浓度的硝酸雨对作物的危害是硫酸雨的两倍。而且，NOX 经紫外线照射后，还可与碳氧化合物生成一种浅蓝色的有毒物质硝基化合物，造 成光化学烟雾，其对人的眼、鼻、心、肺及
15、造血组织等均有强烈的刺激和损害作用， 也是一种强致癌物质。此外，氧化亚氮（N2O）在高空同温层中会破坏臭氧层，使较 多的紫外线辐射到地面，增加皮肤癌的发病率，还可能影响人的免疫系统。 1.1.2 NOX的释放源的释放源 作为大气环境中的主要污染物，氮氧化物（NOX）主要有两个来源，即自然源 和人为源。 来源于人为源的NOX可以进一步细分为固定源和移动源NOX。 移动源主要 指机动车等NOX污染源， 这类污染源在一些发达地区， 对大气中NOX量的贡献较明显， 而在一些相对欠发达地区，其对大气中NOX量的贡献相对较小。固定源主要包括火 力发电厂等NOX排放源。这类NOX排放源，由于多采用高架烟囱排
16、放NOX，NOX输送 的距离较远；此外，固定源NOX还具有产生量大和排放集中的特点，最终导致固定 源NOX对大气环境的污染具有范围大、污染强度高的特点。 目前国际上确定的全球 NOX释放源包括：化石燃料燃烧排放（主要是高温燃烧 时燃料中的 N 的氧化和对大气 N2的固定，包括汽车尾气、电厂和冶炼厂的排放等） 、 生物质燃烧释放、土壤中 N 的微生物过程释放、闪电合成、平流层光化学反应、飞 机排放和大气中 NH3的氧化5。 3 工业革命前N2O和NOX的大气浓度主要由地表的微生物作用过程所控制， 工业化 过程使化石燃料燃烧成为全球最主要的NOX释放源，随着垦荒和耕种，生物质燃烧 也成为主要的NOX释放源之一，人类活动约对全球NOX年释放总量的贡献大于70%， 与N的生物地球化学过程有关的释放源（土壤释放、
