煙氣循環(huán)與低氮燃燒對鍋爐煙氣氮氧化物脫除的影響

崔一芳

摘要：研究了采用煙氣循環(huán)技術(shù)和低氮燃燒技術(shù)對鍋爐煙氣氮氧化物脫除的影響。主要通過對兩種工藝的詳細分析和對比實驗的方法對氮氧化物的脫除效率進行了研究。結(jié)果表明：在只應用煙氣循環(huán)技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脫除率約為52%;在單一應用低氮燃燒技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脫除率約為47%;同時應用兩種方法，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脫除率約為61%;由此可見，同時應用煙氣循環(huán)與低氮燃燒技術(shù)大大有益于鍋爐煙氣氮氧化物的降低。

關(guān)鍵詞：鍋爐;煙氣循環(huán);低氮燃燒;脫硝

唐鋼現(xiàn)有130t/h、75t/h發(fā)電鍋爐若干座，煙氣氮氧化物大約在190-230mg/m3之間，目前降低鍋爐煙氣氮氧化物的主要方法有煙氣再循環(huán)技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原法、催化分解法、生物處理、液體吸收等方法。為了降低鍋爐煙氣氮氧化物濃度，同時考慮改造成本與最終排放效果，認為煙氣循環(huán)技術(shù)與低氮燃燒技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。因此結(jié)合生產(chǎn)實際情況，分別應用兩種技術(shù)進行改造。

1. 背景

研究顯示，由氮元素和氧元素構(gòu)成的化合物幾乎都對人體有毒害作用，直接吸入會引發(fā)多種疾病，常見的有呼吸系統(tǒng)疾病和代謝性疾病。氮氧化物與紫外線結(jié)合產(chǎn)生光化學污染，可對人的眼睛造成灼傷，同時氮氧化物與水結(jié)合也會形成酸雨，對植被、土壤造成不同程度的破壞。

1.1 煙氣循環(huán)

鍋爐煙氣中所排放的氮氧化物絕大部分源于煤炭的燃燒，主要有一氧化氮和二氧化氮所組成，其中一氧化氮占比較大，約有90%，并且近年來鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物排放量不斷上升，對社會的危害性極大。

煙氣循環(huán)技術(shù)被廣泛采用，他主要是通過提取一部分通向空氣預熱器的煙氣，使得其在鍋爐爐內(nèi)再次燃燒，被第二次利用，利用惰性氣體能夠帶走一部分熱量的同時降低爐內(nèi)氧濃度，從而達到控制火焰的溫度，使其燃燒不至于太快，這樣可以一定程度上降低氮氧化物的產(chǎn)生。采用煙氣循環(huán)方式降低氮氧化物的方法效率很高，大約每回收五分之一左右的煙氣，氮氧化物排放量能夠降低四分之一左右。這是比較常用的降低氮氧化物的方法，不過其缺點是占地較大，需要獨立設備。

1.2 低氮燃燒

低氮燃燒技術(shù)是一種燃燒過程中的控制技術(shù)，包括空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。空氣分級燃燒主要是將初始進入爐膛的煤粉先在少量空氣中燃燒，以減少氧濃度有助于控制氮氧化物的生成，其余空氣由上方噴口送入爐膛，煤粉繼續(xù)燃燒。

低氮燃燒主要通過控制燃燒火焰溫度峰值、限制在火焰峰值區(qū)和反應區(qū)內(nèi)氧氣含量、控制高溫區(qū)停留時間以及煙氣再循環(huán)等方法來減少氮氧化物的生成。

2. ?理論依據(jù)

2.1 ?煙氣循環(huán)

煙氣循環(huán)本質(zhì)是將在燃燒時產(chǎn)生的煙氣重新導入燃燒進行燃燒區(qū)域，進而實現(xiàn)對氧化物濃度的控制，達到降低氮氧化物排放和節(jié)約能源的效果。

煙氣循環(huán)技術(shù)使得火焰區(qū)域的最高溫度得到了降低，進而降低了NOx的形成。同時煙氣循環(huán)還降低了氧和氮的濃度，同樣起到了降低NOx的作用。煙氣循環(huán)技術(shù)中高溫煙氣對氧化劑和燃料起到預熱的作用，具有明顯節(jié)能效果。

2.2 ?低氮燃燒

低氮燃燒本質(zhì)為氮氧化物、氫氣、碳、一氧化碳、烴基等在一定條件下，發(fā)生反應生成氮氣。根據(jù)這一特征，將80%～85%的燃料導入到一級主燃燒區(qū)，燃料在主燃區(qū)充分燃燒，生成NOx。

余下的少量約15%～20%左右燃料送入二級再燃燒區(qū)，再燃區(qū)過量空氣系數(shù)α<1，具有強還原性氣氛，在一級主燃區(qū)生成的NOx被還原，同時抑制新NOx的生成，之后將這兩部分氣體混合，反應生成氮氣。

這種方法效率非常高，一次反應可以使排放量降低一半左右，且可通過反應起到反饋作用，抑制氮氧化物再生。

3 ?改造技術(shù)措施

3.1 ?煙氣循環(huán)改造情況

鍋爐煙氣循環(huán)技術(shù)通過提取一部分經(jīng)過除塵器凈化后的煙氣，使之返回鍋爐，在爐內(nèi)進行二次利用，惰性氣體可以帶走部分熱量同時降低鍋爐內(nèi)的氧濃度，進而達到控制火焰溫度，降低燃燒速度，最終降低氮氧化物的產(chǎn)生。

煙氣循環(huán)的效率很高，通常情況下，每回收四分之一的煙氣，氮氧化物排放量可以減少五分之一。

3.2 ?原始參數(shù)

A.燃燒器布置方式

三層布置。上兩層為高爐煤氣燃燒器，數(shù)量8臺/臺鍋爐，每臺鍋爐煤氣消耗量約為4400Nm3/h。最下層轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器，數(shù)量為4臺/臺鍋爐，每臺轉(zhuǎn)爐煤氣消耗量約為7500Nm3/h。

B.燃氣條件

所用高爐煤氣熱值為720-850kcal/Nm3，高爐煤氣壓力為8-15KPa。

所用轉(zhuǎn)爐煤氣熱值為1200-1500kcal/Nm3，轉(zhuǎn)爐煤氣壓力為8-12KPa。

所用焦爐煤氣熱值為4000kcal/Nm3，轉(zhuǎn)爐煤氣壓力為6-8KPa。

C.燃料工況

高爐煤氣50000-60000Nm3/h，煤氣溫度30-80℃。

轉(zhuǎn)爐煤氣50000-60000Nm3/h，煤氣溫度30-50℃。

高爐煤氣10000Nm3/h，煤氣溫度30-50℃。

鍋爐點火和啟動燃料為焦爐煤氣，熱風溫度約為180℃。

3.3 ?改造后燃燒器參數(shù)要求

改造完成后，燃燒器參數(shù)與原來保持一致，保證130t/h鍋爐的正常運行出力，且降低NOX值，達到現(xiàn)行國標排放要求。

3.4 具體措施

根據(jù)以上分析與說明，本改造方案采取的具體措施如下。

A.采用煤氣分級燃燒，內(nèi)外層空氣分級摻混的新型防堵低氮型煤氣燃燒器，并通過改變空煤氣氣流方向，形成湍流摻混結(jié)垢，加強空煤氣的混合燃燒，能夠有效降低NOX值，在純?nèi)紵郀t煤氣的鍋爐上使用，可同時解決燃氣噴口因煤氣臟堵塞葉片的問題，點火及燃燒效果料號。在設計工況下產(chǎn)汽量沒有發(fā)生變化的情況下，能夠滿足使用要求。

B.燃燒器的穩(wěn)焰磚不變，助燃風及煤氣進口管道不變，進更換燃燒器即可。減少改造來那個，縮短工期，降低改造費用。所采用的低氮燃燒器型號為SBN-GL-10000C型，數(shù)量為12個。

4 ?實施效果

單一應用煙氣循環(huán)技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脫除率約為52%;在單一應用低氮燃燒技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脫除率約為47%;同時應用兩種方法，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脫除率約為61%;由此可見，同時應用煙氣循環(huán)與低氮燃燒技術(shù)大大有益于鍋爐煙氣氮氧化物的降低。

參考文獻：

[1]白曉軍，王智磊，郝強，楊乃剛.談改善鍋爐燃燒條件降低煙氣中的氮氧化物[J].科學之友（B版），2005年02期

[2]劉加豐. 鍋爐煙氣氮氧化物達標技改工程總結(jié)[J].氮肥技術(shù)，2017年06期

[3]程遠輪，張家斌，孫先. 淺談如何降低鍋爐煙氣氮氧化物[J].石化技術(shù)，2016年11期

[4] 蔣建志，何英杰，趙志楠.工業(yè)燃煤鍋爐煙氣脫硝方法[J].煤氣與動力，2015年11期