燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用分析

梁龍

摘 要：伴隨著一系列生態(tài)環(huán)保政策的實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)，在工業(yè)蓬勃發(fā)展過程中，要采取更加嚴(yán)格的工業(yè)鍋爐大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。本文分析燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用的必要性、燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)要求，并對其具體應(yīng)用進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t;超低氮燃燒器;技術(shù)應(yīng)用

在化工、冶金、輕工等行業(yè)發(fā)展過程中，燃?xì)忮仩t的污染排放問題成為抑制企業(yè)發(fā)展的重要因素，生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生嚴(yán)重的大氣污染、環(huán)境污染，排放出的氮氧化物對人類健康產(chǎn)生重大危害。這是因?yàn)槿細(xì)忮仩t在燃燒過程中天然氣理論燃燒溫度過高，導(dǎo)致該生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污染物為熱力型氮氧化物（NOx），為抑制燃燒溫度來抑制熱力型 NOx 的生成，通常會應(yīng)用煙氣再循環(huán)技術(shù)。伴隨著生態(tài)文明建設(shè)工作的進(jìn)一步開展，化工、冶金、輕工等行業(yè)發(fā)展如何實(shí)現(xiàn)及經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益共贏就成為企業(yè)的重要研究內(nèi)容，通過合理應(yīng)用燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)，使生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用的必要性分析

根據(jù)當(dāng)前市場中引用比較廣泛的燃燒器來看，要想使NOx排放值降到 30mg/Nm?以下需要使用煙氣外循環(huán)技術(shù)。但是在燃?xì)忮仩t作業(yè)過程中使用煙氣外循環(huán)技術(shù)，往往會伴隨著鍋爐效率下降、燃?xì)夂牧可仙?、鍋爐振動、火焰不穩(wěn)等問題。部分進(jìn)口燃燒器雖然可以在不使用煙氣外循的條件下將NOx排放降到30 mg/ Nm?以下，但是其負(fù)荷調(diào)節(jié)無法滿足用戶的實(shí)際使用需求。因此，燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用在燃?xì)忮仩t作業(yè)過程中的無煙氣外循環(huán)的情況下使NOx排放物降低到30mg/Nm?以下。超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用中通過脈沖燃燒可以更加充分的燃燒，并使煙氣溫度更加均勻，增加煙氣側(cè)換熱系數(shù)，使燃料消耗量及排煙溫度增加，最終提升鍋爐效率。應(yīng)用超低氮燃燒器不僅可以實(shí)現(xiàn)對脈沖頻率調(diào)節(jié)，還能對脈寬調(diào)制進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)燃料量，該過程中所產(chǎn)生的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于應(yīng)用較為廣泛的壓力流量調(diào)節(jié)閥，可以使燃料管路設(shè)備成本有效降低，可以說應(yīng)用超低氮燃燒器不僅可以使NOx、CO得到控制，鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，還可以降低成本，因此具有較好的應(yīng)用效用與前景。

2 燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)要求

2.1 超低氮燃燒技術(shù)

國外關(guān)于超低氮燃燒技術(shù)的研究起步較早，且取得了一些研究成果。由于國外在這方面的研究起步較早，早在上世紀(jì)九十年代就已經(jīng)研制出了低氮燃燒器，且可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t生產(chǎn)中高溫?zé)煔庵械趸锏呐欧帕拷档偷哪繕?biāo)。我國關(guān)于超低氮燃燒器研究起步相對較晚，但是發(fā)展迅速，并在近年來的超低氮燃燒技術(shù)研究應(yīng)用領(lǐng)域的方面占據(jù)世界領(lǐng)先地位，并在我國的石油化工領(lǐng)域方面應(yīng)用超低氮燃燒技術(shù)取得了顯著的技術(shù)成果。中國的超低氮燃燒技術(shù)分別經(jīng)歷了分級配風(fēng)燃燒器技術(shù)、分級配燃料燃燒器技術(shù)及煙氣內(nèi)循環(huán)燃燒器技術(shù)三個(gè)不同的階段，并能夠可以實(shí)現(xiàn)將煙氣中氮氧化物濃度由原本的140mg/m3降至50mg/m3。根據(jù)最新研究成果來看，強(qiáng)化煙氣內(nèi)循環(huán)低氮氧化物燃燒器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔庵械趸餄舛冉档偷?5mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)了超低氮燃燒技術(shù)的變革、創(chuàng)新，這也是未來超低氮燃燒技術(shù)的重要發(fā)展方向，也可以實(shí)現(xiàn)煙氣中氮氧化物排放濃度逐漸降低的目標(biāo)。

2.2 超低氮燃燒技術(shù)設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)超低氮燃燒器的時(shí)候，要求所使用的超低氮燃燒技術(shù)設(shè)計(jì)必須要符合現(xiàn)行的GB31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并符合不同地區(qū)所出臺的關(guān)于鍋爐大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。以山東省為例來看，根據(jù)其所頒布實(shí)施的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)

準(zhǔn)》，自規(guī)定實(shí)施開始（2020年1月1日），要求化工、冶金、輕工等行業(yè)生產(chǎn)中所應(yīng)用的燃油、燃?xì)夂推渌剂襄仩t必須要符合所在控制區(qū)執(zhí)行新的排放濃度標(biāo)準(zhǔn)：如果企業(yè)燃?xì)忮仩t位于大氣污染的核心控制區(qū)，則要求燃?xì)忮仩t所產(chǎn)生的氮氧化物的排放限值必須低于50mg/m3 ;如果企業(yè)燃?xì)忮仩t位于大氣污染的重點(diǎn)控制區(qū)域，則要求燃?xì)忮仩t所產(chǎn)生的氮氧化物的排放限值必須低于100mg/m3;如果企業(yè)燃?xì)忮仩t位于大氣污染的一般控制區(qū)，則需要以為2016年9月30日后通過環(huán)評審批的燃煤鍋爐的氮氧化物的排放限值相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將氮氧化物的排放限值控制在100mg/m3以內(nèi)。因此，在設(shè)計(jì)超低氮燃燒器的時(shí)候就需要針對溫度型氮氧化物，將氮氧化物排放限值應(yīng)在干煙氣下3%氧含量下進(jìn)行確定。

3 燃?xì)忮仩t超低氮燃燒器技術(shù)應(yīng)用

為有效減少燃?xì)忮仩t氮氧化物的排放，根據(jù)燃?xì)忮仩t實(shí)際應(yīng)用情況，應(yīng)用超低氮燃燒器技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)改造。根據(jù)燃?xì)忮仩t作業(yè)時(shí)燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物熱力型NOx、熱力型NOx成因來看，一般是空氣中的氮在高溫條件下氧化而成，所生成的氮氧化物量由溫度和煙氣在高溫區(qū)停留的時(shí)間決定。以往的燃?xì)馊紵鳛楸苊馍a(chǎn)制造中形成高溫區(qū)，通常會采用燃料分級配送及助燃風(fēng)分級配送的形式，往往會忽略時(shí)間概念?；诖?，在未來的燃?xì)忮仩t應(yīng)用超低氮燃燒器技術(shù)中，就需要實(shí)現(xiàn)提高煙氣流速減少煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間的技術(shù)突破。與此同時(shí)大量資料表明，脈沖燃燒也能大幅減少煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間，有效降低NOx生成。

以山東省某公司的燃?xì)忮仩t為例應(yīng)用超低氮燃燒器技術(shù)進(jìn)行低氮改造，混合應(yīng)用預(yù)混燃燒技術(shù)與火焰分割技術(shù)。應(yīng)用預(yù)混燃燒技術(shù)，可以使超低氮燃燒器中的燃料和氧氣預(yù)先混合成均勻的混合氣，通常也會將該可燃混合氣稱為預(yù)混合氣，在燃燒器內(nèi)預(yù)混合氣實(shí)施著火、燃燒的整個(gè)過程。應(yīng)用火焰分割技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將燃燒器內(nèi)的燃燒火焰分割為多個(gè)小火焰，從而有效地降低燃燒器內(nèi)火焰的分支溫度，有效抑制熱力型氮氧化物的產(chǎn)生。通過應(yīng)用低氮燃燒器噴槍，能夠從多個(gè)角度將燃料噴入其中，并使得火焰形態(tài)中形成多火焰分布狀態(tài)，從而使得火焰根部溫度降低，并逐漸使燃?xì)忮仩t內(nèi)的火焰溫度逐漸變得均勻。

對該燃?xì)忮仩t改造前后的氮氧化物排放濃度進(jìn)行比較分析，實(shí)現(xiàn)低氮改造前的氮氧化物排放濃度為172mg/m3，實(shí)施低氮改造后氮氧化物排放濃度降低至22mg/m3，該排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于山東省的大氣污染的核心控制區(qū)要求的所有鍋爐的氮氧化物的排放限值50mg/m3。不難看出經(jīng)過低氮改造的鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度符合國家及地方標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了燃?xì)忮仩t生產(chǎn)中降低氮氧化物排放濃度的目標(biāo)。

結(jié)束語：

總而言之，通過在燃?xì)忮仩t中合理應(yīng)用超低氮燃燒器技術(shù)，使生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，不僅減少氮氧產(chǎn)物對大氣、環(huán)境的污染，不會對人類健康產(chǎn)生威脅。在未來的研究中，要實(shí)現(xiàn)在不使用煙氣外循環(huán)的基本條件下，燃?xì)忮仩t應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)后氣體燃料燃燒所產(chǎn)生的NOx排放小于30mg/m3（3%參氧比）、CO排放量小于25mg/m3（3%參氧比）;脈寬調(diào)制脈沖閥的負(fù)荷調(diào)節(jié)比≥4：1。

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