洁净煤技术

作者：谢妍, 张文振, 李明, 王西伦, 刘欣, 初伟, 王赫阳

关键词：燃煤锅炉,碳减排,氨煤混燃,NO_<i>x</i>排放,数值模拟

燃煤锅炉混氨燃烧是燃煤机组低碳化的主要技术发展方向之一。但由于氨燃料含氮量高，混氨燃烧可能导致锅炉NOx排放的大幅上升，因此，能否实现NOx排放的控制是决定燃煤锅炉混氨燃烧技术可行性的关键之一。为此，对氨–煤混燃实验研究中所观测到的NOx排放随混氨比例（R_\mathrmNH_3 ）的不同变化趋势进行了综述，并基于最新实验研究结果给出了这些不同NOx趋势的统一机理解释——NO在炉内的净生成量取决于NH3的NO生成和还原反应在整个炉膛空间不同O2浓度环境下的持续竞争过程。在锅炉运行环境下，NOx排放主要由炉膛主燃区初始燃烧阶段NO的大量生成、还原区NH3对NO的还原和燃尽区残余NH3与燃尽风反应所导致的NO生成这几个阶段所综合决定；不同炉内O2浓度环境下，此NO生成–还原–生成过程可叠加产生多种NOx排放随R_\mathrmNH_3 变化趋势。因此，氨–煤混燃实验中所观测的各种NOx排放趋势不应简单地归因于混氨比例或方式的影响，而应综合考虑不同混氨条件所导致的NH3在炉内燃烧反应环境的变化的影响。基于氨–煤混燃NO生成机制，进一步阐述了开发工程应用燃煤锅炉混氨燃烧NOx预测模型所需考虑的关键因素，重点强调了将对炉内流场和O2分布有直接影响的锅炉设计与关键运行参数转化为模型边界条件和模型参数的必要性。通过对40 MW锅炉和600 MW锅炉混氨燃烧的模拟，对比和验证了不同NO反应模型。结果表明，所提出的修正Østberg机理对NOx排放的预测结果在定性和定量上皆与锅炉试验结果良好吻合。模拟结果还揭示了锅炉混氨燃烧NO生成的一个特殊性质：尽管NH3进入炉膛后会迅速生成大量NO，但其作为气体燃料对O2的快速消耗，将在紧邻NO生成区域的下游形成一个乏O2还原区，使刚刚生成的NO在此区域随即被未燃尽残余NH3大量还原。这一特殊性质大幅降低了锅炉混氨燃烧的NO净生成量。

来源：2026年第1期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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