燃煤工业锅炉作为NOx的主要排放源之一,国家对其NOx的限排要求日趋严格。环保部发布的最新版《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271-2014规定,重点地区燃煤工业锅炉NOx排放限值为200mg/m~3,因此绝大多数燃煤工业锅炉将面临着因NOx排放超标而被迫淘汰的困境。在这种背景下,课题组与上海某企业合作研发了高效低NOx煤粉工业锅炉系统,该锅炉以高效低NOx液态排渣煤粉燃烧器为核心设备,燃烧器同时具备少油快速点火、高热负荷燃烧和低NOx排放功能,在燃烧器内采用低NOx燃烧技术,最终达到NOx排放值低于150mg/m3的优异效果。同时,部分省市已经提出燃煤工业锅炉的NOx浓度低于50mg/m~3的超低排放要求。基于此工程背景,本课题将选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术应用于煤粉工业锅炉。本文以高效低NOx煤粉工业锅炉为基础搭建SNCR脱硝工业化试验平台,进行炉内SNCR脱硝试验研究,采用“低NOx燃烧+炉内SNCR脱硝”技术方案,以实现NOx低于50 mg/m~3的超低排放。首先,基于对煤粉燃烧过程中NOx的生成机理的理论分析,得到了高温低氧燃烧气氛对NOx生成及还原的影响机制,并对高效低NOx煤粉工业锅炉系统燃烧器的低NOx排放特性进行了试验研究。结果表明,在高温低氧燃烧气氛下,燃烧器内呈现强还原性气氛,煤粉在强还原性气氛下高温燃烧,实现了对NOx生成量的控制。其次,分析了影响SNCR脱硝效率的主要因素,并对8.4MW有机热载体煤粉工业锅炉进行炉内SNCR脱硝的可行性进行了研究。结果表明,选定合适的还原剂喷射位置后,喷射区的炉膛温度可保持在800℃～950℃之间,还原剂在炉内的停留时间可达2.7s,炉膛反应温度、炉内停留时间均能满足SNCR脱硝所需条件,合理布置喷枪可保证还原剂与烟气的混合程度,该锅炉炉膛具备实施SNCR脱硝的条件。然后,以8.4MW有机热载体煤粉工业锅炉为基础搭建炉内SNCR脱硝工业化试验平台,对SNCR脱硝系统进行了还原剂选择、物料衡算、系统设计及设备选型。选择尿素溶液作为还原剂,经理论计算得到了尿素溶液所需的最小使用量。SNCR脱硝系统由尿素溶液配制模块、尿素溶液储存模块、尿素溶液计量输送模块和尿素溶液喷射模块组成。最后,在工业化试验平台上,以20%、15%、10%三种浓度尿素溶液对不同尿素溶液喷射量、不同氧含量、不同锅炉负荷下的SNCR脱硝效果进行了热态试验研究。结果表明,随着尿素溶液喷射量的增大,NOx浓度减小,脱硝效率增大;80%锅炉负荷下,不同氧含量下三种浓度尿素溶液SNCR脱硝均能达到NOx低于50mg/m~3,脱硝效率均在80%以上;不同锅炉负荷下SNCR脱硝后的NOx排放浓度均低于50mg/m~3,脱硝效率均大于80%。SNCR脱硝试验初步验证了“低NOx燃烧+炉内SNCR脱硝”技术方案是可行的,在低NOx燃烧的基础上,不同试验工况下SNCR脱硝效率均可达到80%以上,完全能够达到烟气中NOx低于50mg/m~3的超低排放要求。