循环流化床燃煤锅炉的SO2和NOx排放的实验及原理探讨__墨水学术,(2)

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aO孔隙空腔的收缩和堵塞；⑤脱硫剂颗粒存在磨损。
　　石灰石的分解反应方程式为
　　CaCO3→CaO+CO2一183kJ／mol(1)
　　本模型将硫酸盐化反应当作一步反应处理，即
　　CaO+SO2，+1/2O2→CaSO(2)
　　反应式(2)中的反应速率为
　　式中d1为档石灰石颗粒直径；k1为档石灰石颗粒的体积反应速率常数，式(4)为其表达式；CSO2为当地SO2的浓度。
　　k1=490e×p(-7.33×107/(RT))Sgλ1(4)
　　式中λ1为石灰石的反应活性系数。
　　在模型中根据石灰石粒径分为两种：石灰石粒径大于0.1mm时的反应活性系数和石灰石粒径小于0.1mm时的反
　　应活性系数，然后根据经验公式计算其值。通过λ1来考虑在CaO基体上形成的CaSO造成CaO孔隙空腔的收缩和堵塞。
　　系数Sg的表达式为：
　　Sg=（5）
　　3.2NOx排放模型的建立
　　在CFB锅炉运行的温度水平和氧浓度水平上，热力型NO生成速率很低，所以CFB锅炉中生成的主要是燃料型NOx。循
　　环流化床锅炉NOx的排放主要与炉膛温度、空气过剩系数和二次风配置(包括二次风位置和二次风占总风量的比例)三个
　　因素有关。
　　燃料氮在煤燃烧时，一部分随挥发分析出，即挥发分氮，而另一部分则残留在焦炭内，即焦炭氮。这两种氨大部分都转换成NO，模型中未考虑N2O。在二次风以下区域，在焦炭表面还发生NO和碳的还原反应。本模型中假设燃料氨全部氧化成NO，并和碳发生如下还原反应
　　C+2NO→CO2+N2(6)
　　式(6)的反应速率为
　　(7)
　　式中YNO为NO的当地浓度；YCO为CO的当地浓度;KNO为NO的还原速率，用式(8)计算。
　　=5.24×107exp[-34000/(RT)](8)
　　4计算结果与试验结果的分析与对比
　　4.1计算条件
　　本文中计算条件都是按照试验条件来确定的，表2给出了典型的计算条件。
　　表2典型的计算条件
　　参数 数值
　　空气流化速度/（m/s） 4.0
　　炉膛温度/℃ 850
　　给煤颗粒尺寸/㎜ 0～12
　　一次风占总风量的比例/% 55
　　静止床高/m 0.4
　　过剩空气系数 1.2
　　石灰石粒度/㎜ 0～1.673
　　4.2煤种对SO2排放的影响
　　A、B、C、E四种煤在不同Ca/S下的脱硫效率见图1。在高Ca/S条件下计算值和试验值吻合良好；在低Ca/S条件下，脱硫效率计算值都比试验值略大。在图1中，根据4条曲线的斜率大小可知，在相同的石灰石粒径分布、基本相同的炉膛温度和相同的钙硫摩尔比范围内，这4个煤种的脱硫效率由高到低的排列顺序为煤种B、煤种C、煤种A和煤种E，而这4种煤中的硫含量由高到低的排列顺序与此完全相同，这说明煤的硫含量直接影响脱硫效率。煤中的硫含量高，投入的石灰石量也大，固体CaO在循环回路中反复与SO2的接触(循环倍率接近3O)，加强了CaO对SO2的捕捉，从而有利于提高脱硫效率。
　　图1四种煤不同Ca／S下的脱硫效率图2炉膛内SO浓度分布(煤种D)
　　图2是煤种D在不同Ca/S下炉膛内SO2浓度的分布，其它4种煤与其类似。随着Ca/S增加，炉膛出口的SO2浓度也降低。由于模型假设SO2在密相区析出，所以密相区的SO2浓度比较高：在给煤点处SO2的浓度达到最大；由于CaO对SO2的捕捉，在稀相区SO2的浓度逐渐下降，炉膛出口的SO2浓度最低。
　　5种煤在不同Ca/S下的炉膛出口SO2浓度的比较见表3。可见，计算值和试验值吻合得相当好。随着Ca/S的增加，5种煤中炉膛出口SO2浓度逐渐减小。煤种B的硫含量最高，但是在Ca/S为2.6时，SO2的浓度已经达到排放标准。
　　表3五种煤在不同Ca／S下的炉膛出口SO浓度的比较
　　 Ca/S 实验值/（mg/m3） 计算值（mg/m3）
　　A 0.81 369 414.5
　　 1.61 268 278.8
　　 2.46 171 164.4
　　B 0.92 1471 1415.9
　　 1.74 313 321.8
　　 2.6 98 99.

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