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循环流化床锅炉燃烧技术具有天然的低NOx排放特性,但随着环保标准的日趋严格,其同样面临着严峻的减排压力。掌握循环流化床锅炉NOx生成机理和排放规律,对于低成本降低机组NOx排放具有重要意义。对此,本文针对循环流化床锅炉NOx生成和还原过程中的若干关键问题,开展了相应的实验和模型研究:对循环流化床锅炉密相区焦炭型NOx的生成机理进行了实验研究,重点考察密相区传质和传热特性对NOx生成的影响,并建立数学模型进行解释。利用小型鼓泡流化床实验台比拟循环流化床锅炉密相区,在密相区典型温度和O2浓度下进行了单颗粒焦炭的燃烧实验。结果表明,针对三种原煤制得的焦炭,均发现床料粒度增大后,鼓泡床乳化相内传质系数增加而传热系数降低,导致焦炭颗粒表面氧化性气氛增强和温度升高,燃烧进程加快,焦炭氮向NOx转化率上升。初始焦炭粒径越大,焦炭氮向NOx转化率越低。流化风速的增大对焦炭氮向NOx转化有一定的促进作用,但并不显著。基于密相区传质传热特性与简化反应机理,建立了单颗粒焦炭燃烧及焦炭氮转化模型,计算结果与实验结果匹配良好。对循环流化床锅炉中NOx还原的反应动力学进行实验研究,重点考察了灰的存在及其成分对NO-CO和NO-焦炭反应的影响。选取五个典型煤种制取灰和焦炭,并利用小型固定床实验拟合动力学参数。结果表明,灰中各主要成分对NO-CO反应的催化活性排序为Fe2O3>CaO/MgO>Al2O3>SiO2,且Fe2O3的作用显著偏高。归一化的焦炭对NO还原反应速率常数与其对应灰分对NO-CO反应的催化活性呈正相关,而与灰分比例无必然联系。引入基于灰成分质量份额加权和的指数γash,以修正Arrhenius形式的NO-CO和NO-焦炭反应动力学公式。对循环流化床锅炉NOx排放规律进行了较为详细的现场测试,利用BP人工神经网络初步分析了NOx排放与各潜在影响因素的关系,进而建立NOx排放经验关联式。基于循环流化床锅炉一维流动燃烧模型及以上研究成果建立NOx排放模型,并利用保德480 t·h-1循环流化床锅炉NOx排放测试数据进行校验。模型除可实现对床温、煤种、配风、炉内脱硫等传统影响因素的可靠预测外,也验证了锅炉NOx排放随平均床料粒度的下降而降低。床料粒度的下降和物料循环量的增加,将强化锅炉密相区和上部颗粒团中的还原性气氛,改善炉温分布的均匀性。本文最后提出了一条以降低床料粒度为核心的循环流化床锅炉NOx减排路径。