洁净煤技术

作者：刘佳宁, 张文振, 刘欣, 谢妍, 李驰, 李明, 牛涛, 王赫阳

关键词：燃煤锅炉,碳减排,氨煤混燃,氮氧化物(NO_<i>x</i>),数值模拟

氨煤混燃是燃煤机组实现碳减排最具潜力的技术发展方向之一。但由于NH3燃料含氮量高，氨煤混燃可能导致锅炉NOx排放的大幅上升，成为限制燃煤电厂采用氨煤混燃的主要瓶颈。因此，亟需深入研究氨煤混燃的NOx生成特性，为实现锅炉混氨燃烧NOx排放的有效控制提供理论基础。以40 MW工业尺度燃煤锅炉为研究对象，采用CFD数值模拟研究混氨比（R_\mathrmNH_3 ）对锅炉NOx生成的影响。锅炉NOx排放质量浓度模拟结果表明：在20%燃尽风率下，锅炉NOx排放质量浓度随R_\mathrmNH_3 增加呈先升高后降低趋势，在R_\mathrmNH_3 =5%时达到最大值197 mg/m3，在R_\mathrmNH_3 =25%时降至95 mg/m3，低于纯燃煤工况的137 mg/m3。模拟结果与40 MW锅炉混氨燃烧试验结果在定性和定量上皆良好吻合。NOx排放随R_\mathrmNH_3 增加的这种变化趋势是由于NH3燃烧存在NO生成和还原2条主要反应路径，NO在炉内的生成主要由燃烧初期高O2体积分数下NO的生成和后期低O2体积分数下NO的还原2个阶段构成，这2个阶段的NO生成和还原量综合决定了锅炉NOx排放量。模拟结果显示，尽管随R_\mathrmNH_3 增加，NO在炉内的整体生成和还原速率皆明显增加。但在R_\mathrmNH_3 = 0~ 5%，NO生成速率增速高于还原速率增速，而在R_\mathrmNH_3 = 5% ~ 25%，NO还原速率增速则高于生成速率增速，使NO的净生成速率在R_\mathrmNH_3 = 0 ~ 25%呈先上升后下降的变化趋势，这是40 MW锅炉氨煤混燃试验所观测到的NOx排放随R_\mathrmNH_3 增加呈先升后降趋势的原因。研究结果揭示了NH3的NO生成和还原反应路径相互竞争机制对锅炉氨煤混燃NOx排放的关键影响，为实现大容量燃煤锅炉氨煤混燃NOx排放控制提供了理论参考。

来源：2025年第5期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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