低氮燃燒技術(shù)在對沖燃燒鍋爐上的應(yīng)用

肖冠華

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，對能源消費問題越來越重視。目前，氮氧化物已被列入我國環(huán)保十二規(guī)劃的要求，氮能源的減排是社會各界密切關(guān)注的問題，低氮燃燒技術(shù)又被稱作煙氣脫銷技術(shù)，其目的是改善沖燃鍋爐中的燃燒條件，讓燃料完全的進行充分燃燒，并在燃燒過程中產(chǎn)生更多的能量，以此減少NOx的排放量。文章主要介紹低氮燃燒技術(shù)的分類及低氮燃燒技術(shù)在沖燃鍋爐應(yīng)用上的必要性和解決措施。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒技術(shù)；氮氧化物；低NOx燃燒器

中圖分類號：TK229 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0147-02

前言

改革開放以來，國家對氮能源的需求不斷增加，但氮能源燃燒會大量排放NOx，對人民群眾的身體健康和環(huán)境有重大影響，據(jù)相關(guān)資料顯示，到2020年時，我國NOx的排放量將超越美國，成為第一大氮氧化物排放國，預(yù)計比2000年的1777萬噸NOx排放量多500到900萬噸，因此需要嚴(yán)格控制NOx的排放量，廣泛應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)。

1 低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用的必要性

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷深入，大氣污染越來越嚴(yán)峻，能源和資源消耗量逐年增加，事關(guān)人民群眾的根本利益，環(huán)境保護刻不容緩，對大氣污染的防治、空氣質(zhì)量的改善，是民生之本、轉(zhuǎn)型之需、發(fā)展之要。能夠有一個清潔的呼吸環(huán)境，更是人民群眾多年的熱切期盼。有部分企業(yè)解讀國家政策法規(guī)、響應(yīng)貫徹文件精神，積極宣揚用科學(xué)的方法，有效改善環(huán)境空氣質(zhì)量以及在先進低氮燃燒技術(shù)等方面進行了推廣和深入研究；同時以國家相關(guān)政策為契機，共同探討運用相關(guān)政策、結(jié)合低氮節(jié)能技術(shù)和低氮鍋爐產(chǎn)品，為管理、研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售以及使用單位等各方面搭建交流、溝通、合作的橋梁和平臺，發(fā)揮社會各界的力量，共同推動大氣污染防治，推廣先進的低氮節(jié)能技術(shù)，促進行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，達到共創(chuàng)共贏的目的。

低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用開創(chuàng)了通過合理改變和組織爐內(nèi)煤粉的燃燒方式，其氮氧化物排放量的降低是國際最領(lǐng)先的技術(shù)和業(yè)績，它的性能指標(biāo)不變，電站鍋爐的正常運行得以保障，并促進我國低氮燃燒技術(shù)的進一步深入發(fā)展，使我國的低氮燃燒技術(shù)在國際上達到了領(lǐng)先水準(zhǔn)。目前，該項技術(shù)已被多數(shù)企業(yè)所使用并獲得顯著的經(jīng)濟效益。

2 氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機制

N2O、NO2、NO，N2O是氮能源在鍋爐燃燒過程中的主要氧化物，占總含量的比例約為1%，NO2約占總含量的2%～10%，而NO所占總含量高達的90%以上，是鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的含量最多。由此可見氮氧化物NOx的含量比例差異與燃燒條件相關(guān)聯(lián)系。在鍋爐工作中，燃燒型、熱力型和快速型是NOx主要的三種生產(chǎn)機理。

2.1 燃燒型

眾所周知，600℃～800℃之間是氮能源燃料中氮化合物的熱分解溫度，在中間環(huán)節(jié)上，其含有的氮化合物在高溫環(huán)境下被分解成，N、氰化氫、氰化等產(chǎn)物，這幾種產(chǎn)物又被氧化成NOx。氮能源在煤粉鍋爐燃燒過程中主要由兩個階段組成，一是，氮能源在燃燒過程發(fā)生揮發(fā)性燃燒，二是，氮能源在鍋爐燃燒過程中持續(xù)進行焦炭燃燒。由此可見，N、氰化氫、氰化等產(chǎn)物被氧化后生成的NOx與揮發(fā)性燃燒、焦炭燃燒具有緊密聯(lián)系。因此NOx被稱為燃燒型NOx，同時它也是氮能源燃料在鍋爐中的完全燃燒及不完全燃燒的產(chǎn)生。

2.2 熱力型

若要生成熱力型NOx，就一定要在高溫條件下進行燃燒，氮能源才能在燃燒過程中產(chǎn)生N的氧化反應(yīng)，同時也是燃燒生成的NOx在鍋爐中的一系列連鎖效應(yīng)。NOx的產(chǎn)生含量及所占比例隨溫度的改變而改變，比如，在高溫條件下，NOx的產(chǎn)生速度和產(chǎn)量比在低溫條件的速度和產(chǎn)量高，所以，溫度才是影響空氣中O、N轉(zhuǎn)化為NOx的必要因素。

2.3 快速型

當(dāng)?shù)茉慈剂暇植繚舛冗^高時，其附近燃燒區(qū)的氮能源燃料就會迅速生成Ox，這就是快速型NOx的生成過程。只有在高溫條件下，碳氫自由基由碳氫化合物才能夠被快速分解和產(chǎn)生，同時碳氫自由基由碳氫化合物又與空氣中的氮氣相結(jié)合并反應(yīng)生成N2和氰化氫，隨即，空氣中含有的O2，以極為快速的方式與N2和氰化氫結(jié)合同時產(chǎn)生反應(yīng)，最后生成快速型NOx。當(dāng)溫度變化不明顯時，NOx生成量與爐膛壓力呈正相關(guān)走向。以下是NOx的生成含量及其比例在鍋爐需要考慮的因素：

（1）氮燃料自身的物理及化學(xué)特征。（2）鍋爐工作時的高溫燃燒的溫度范圍。（3）燃燒區(qū)內(nèi)煙氣中N2、O2等物質(zhì)的含氮量，氮能源燃料與空氣中氮及氧氣之間的混合比例。（4）氮能源燃料在火焰區(qū)和爐膛高溫內(nèi)的停留反應(yīng)時間。

3 低氮燃燒技術(shù)在沖燃鍋爐中的應(yīng)用

能源燃燒產(chǎn)生大量污染，于是國家推行低氮燃燒技術(shù)，改變傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)，達到燃料的清潔燃燒，降低污染。降低燃燒中NOx的排放量。目前應(yīng)用最廣泛并且有效的方法是燃燒控制技術(shù)，它簡單易行，投資少，其控制技術(shù)原理是通過改變?nèi)紵龡l件及燃燒結(jié)構(gòu)的方法來減少NOx的排放量。其中包括：低氧燃燒技術(shù)、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOx燃燒器等方法。下面主要介紹三種低氮燃燒技術(shù)：

3.1 低氧燃燒技術(shù)

由于NOx是隨著爐內(nèi)空氣量的增加而產(chǎn)生，所以為了降低鍋爐內(nèi)熱造成的損耗，減少NOx的產(chǎn)生，需要爐內(nèi)的空氣含量低到一定程度。但在工業(yè)鍋爐生產(chǎn)工作中，低氧燃燒技術(shù)也將造成一些不良問題，比如可能引起碳、炭黑污染物等代謝物質(zhì)的堆積，燃燒效率也相對降低。所以當(dāng)爐內(nèi)空氣含量高于最低空氣含量值，達到過剩狀態(tài)時，要密切注意爐熱效率、燃燒效率等，減少NOx的產(chǎn)生也要盡量避免熱效率的降低。

3.2 空氣分級燃燒技術(shù)

空氣分級燃燒技術(shù)包括：水平方向空氣分級燃燒技術(shù)和垂直方向燃燒技術(shù)，其主要原理是燃料在爐內(nèi)燃燒時，分級將所需的空氣依次送入爐內(nèi)，使燃料能夠在爐內(nèi)分級分段燃燒，其氧濃度對燃燒區(qū)內(nèi)各種類型的NOx生成都有很大影響。能夠?qū)⑷紵齾^(qū)的空氣量減少到全部燃燒所需空氣量的70%左右，依據(jù)以下原理，當(dāng)過量空氣系數(shù)á<1，燃燒區(qū)處于“貧氧燃燒”狀態(tài)時，抑制NOx的生成量有顯著效果，不僅降低燃燒區(qū)的溫度水平，還能減少燃燒區(qū)的氧濃度。因此，抑制NOx的生成，推遲燃燒過程是第一燃燒區(qū)的主要作用。為了整個燃燒過程的順利完成，第一級所產(chǎn)生的煙氣將與從燃燒器上面的燃燼風(fēng)噴口進入爐膛內(nèi)燃燒所需的其余空氣相混合。endprint

3.3 燃料分級燃燒

燃料分級技術(shù)是在燃燒時與理論空氣相接近的狀態(tài)下的兩段燃燒裝置中進行的。兩段燃燒是指燃料所需的空氣分兩次通入，第一次，約占空氣總量5%～10%，燃燒通常在富燃料缺氧的情況下進行，一方面能夠形成了一個較低的燃燒區(qū)，另一方面能夠使燃料的表層溫度下降，進而也能降低NOx的生成量，并將燃料析出的揮發(fā)分還原低氧燃燒區(qū)的NOx。第二部分是在低的溫度區(qū)域內(nèi)進行，將剩余的空氣送入，能夠使第一次剩余的CO、碳氫化合物等不完全燃燒產(chǎn)物全部燃燒。在兩次空氣供應(yīng)之后，煙氣溫度的有所下降，盡管氧氣的剩余含量過多，NOx也未能大量的生成，最終將其有效的抑制。高溫條件下的兩次燃燒均有效的抑制了氮氧化物NOx所產(chǎn)生的生產(chǎn)量，達到了減少了NOx的最終產(chǎn)量的目標(biāo)。為了使不完全燃燒的產(chǎn)品可以完全燃燒，有必要在重新燃燒區(qū)設(shè)置燃盡風(fēng)噴口。

3.4 低NOx燃燒器

低NOx燃燒器是指燃料在燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器，低NOx燃燒器的主要作用是氮氧化物的排放量在燃料燃燒過程中被降低。燃燒過程中NO主要來源于兩個方面，首先，燃燒所用空氣（助燃空氣）中氮的氧化；其次，燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解后再氧化。

3.5 煙氣再循環(huán)利用技術(shù)

煙氣再循環(huán)利用技術(shù)是減少NOx生成的有效途徑。而機理是將已經(jīng)冷卻的部分煙氣循環(huán)利用，多次循環(huán)往復(fù)后送到燃燒區(qū)，重復(fù)的次數(shù)多，一方面可以讓主燃區(qū)的工作溫度有所提高，同時還能有效抑制NO生成，降低O2濃度，另一方面能夠達到高熱效率最佳的效果，在這種狀態(tài)下生成NOx的減少效果最好，同時使煙氣循環(huán)率控制在5%～20%的之內(nèi)。

4 結(jié)束語

時代在不斷發(fā)展，國家大力投資環(huán)保項目上，人民群眾的環(huán)保意識越來越強烈，但我國的人口眾多，對于能源的消耗和浪費數(shù)量巨大，能夠有效的降低氮氧化物對大氣污染的的排放排放量，具有十分重要的意義。經(jīng)過世界各國多年研究，低氧化燃燒技術(shù)取得了一定成果，并在有效的降低NOx的排放量上得到了廣泛的應(yīng)用。因此，研究低氮燃燒技術(shù)在沖燃鍋爐上的應(yīng)用至關(guān)重要，推廣低氮燃燒技術(shù)迫在眉睫，所以，要爭取在科學(xué)的管理下控制氮氧化物的低排放量，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

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