低NOx分級燃燒技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我國工業(yè)化的深入，環(huán)境問題成為了重中之重，火力發(fā)電廠的煙氣排放中NOx的危害越來越大。本文列舉了影響燃料分級燃燒技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵的影響因素，并通過origin軟件對該技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。對降低火力發(fā)電廠NOx排放，提高低NOx分級燃燒的經(jīng)濟(jì)性有較大的幫助。

關(guān)鍵詞：NOx 分級燃燒 Origin 最優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0101-01

隨著我國工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，環(huán)境問題越來越被世界和國家所關(guān)注，而在所有的污染中，大氣污染成為關(guān)注的重中之重。世界各國相繼實(shí)施一系列計(jì)劃，旨在解決有關(guān)基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)等重大問題，而在這其中，NOx的防治問題是燃煤污染的首要問題之一。由于我國環(huán)境污染比較突出，NOx繼SO2之后已成為大氣酸雨污染的主要因素。因此，針對燃煤產(chǎn)生的NOx污染物，利用超細(xì)煤粉作為再燃燃料，對鍋爐燃燒采用分級燃燒技術(shù)[1]。本文列舉了影響這種技術(shù)降低NOx排放的能力的幾個(gè)因素，并對此進(jìn)行了分析。

1 燃料分級燃燒的原理

在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí)，會(huì)發(fā)生NO的還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：

4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O

2NO+2CnHm+（2n+m/2-1）O2 =N2+2nCO2+mH2O

2NO+2CO=N2+2CO2

2NO+2C=N2+2CO

2NO+2H2=N2+2H2O[2]

利用這一原理，將80%～85%的燃料送入第一級燃燒區(qū)，在α>1條件下，燃燒并生成NOx。送入一級燃燒區(qū)的燃料稱為一次燃料，其余15%～20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)，在α<1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級燃燒區(qū)中生成的NOx在二級燃燒區(qū)內(nèi)被還原成氮分子，二級燃燒區(qū)又稱再燃區(qū)，送入二級燃燒區(qū)的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放濃度進(jìn)一步降低。從提高爐內(nèi)再燃燒還原NOx的效果來說，天然氣最好，天然氣中不含燃料氮。二次燃料含有燃料氮將降低還原效率。但在我國，煤是主要的化石燃料，而且我國天然氣資源的利用和含量都不高，所以煤粉作為二次燃料在我國成為主流。

2 燃料分級燃燒技術(shù)的優(yōu)化思路

在優(yōu)化燃料分級燃燒技術(shù)的設(shè)計(jì)中，對于優(yōu)化的關(guān)鍵來說，其煤粉粒度的變化有著舉足輕重的作用。通過對煤粉粒度與一些數(shù)據(jù)關(guān)系的分析，我們發(fā)現(xiàn)，整個(gè)分級燃燒技術(shù)的優(yōu)化主要取決于燃料的燃盡率，NOx的還原率以及磨煤的電耗量。因此，燃料燃盡率，NOx還原率，電耗量就是整個(gè)優(yōu)化過程的子策略，也稱約束條件。只要通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，得到這幾個(gè)約束條件與煤粉粒度之間關(guān)系的數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的曲線圖，這幾條曲線稱為關(guān)鍵曲線。這些曲線的X軸都是一個(gè)共同的因素—— 即煤粉的粒度。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和曲線，我們可以通過Origin擬合得出三個(gè)方程—— 即燃盡率與再燃燃料粒度，NOx還原率與再燃燃料粒度，磨煤電耗與煤粉粒度。將三個(gè)方程表示在同一坐標(biāo)系下，綜合考慮技術(shù)性—— 燃盡率和還原率盡可能大；經(jīng)濟(jì)性—— 磨煤電耗盡可能小，得出使整個(gè)技術(shù)最優(yōu)化的再燃燃料粒度。以下就是三個(gè)約束條件的整理過程：

3 燃料分級燃燒技術(shù)的約束條件

3.1 再燃燃料粒度（燃料采用神府煙煤）對NOx還原率的影響

NOx還原率與煤粉粒度遵循以下規(guī)律：煤粉粒度越小，NOx還原率越大。這是因?yàn)樵偃既剂狭６茸冃『螅旱谋缺砻娣e顯著增加，加大了焦炭與NOx的接觸面積，異相還原反應(yīng)速度提高，使得超細(xì)煤粉比常規(guī)粒度的煤粉具有更高的反應(yīng)活性。

3.2 再燃燃料粒度對磨煤電耗的影響

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到以下曲線（如圖1）。

通過該曲線，我們可以發(fā)現(xiàn)磨煤電耗量與煤粉粒度遵循以下規(guī)律：煤粉粒度越小，磨煤電耗量越大。

3.3 再燃燃料粒度對燃盡率的影響

隨著煤粉粒徑的減小，燃盡率呈上升趨勢。煤粉粒徑越小其孔隙率和比表面積越大，為揮發(fā)分的析出及焦炭的異相反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)通道和空間，使煤粉燃燒特性得到明顯改善。

4 結(jié)論

在origin軟件中，將三條曲線綜合于一個(gè)界面內(nèi)，并取三條曲線的平均值，擬合得出燃料分級燃燒技術(shù)的整體的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性相對于再燃燃料粒度的一條曲線。（如圖2）

由圖2可以看出，曲線在煤粉粒度為8.5時(shí)達(dá)到峰值，即取得最大值，由此我們可以得出，在煤種為神府煙煤的情況下，煤粉粒度為8.5 μm為經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的最優(yōu)化結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 莊永茂，施惠幫.燃燒與污染控制[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1998.

[2] 劉忠，趙莉，胡滿銀，等.超細(xì)煤粉的細(xì)度對再燃還原[M].華北電力大學(xué)，2005.