低NOx燃燒技術(shù)
簡介： 用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低NOx的排放，統(tǒng)稱為低NOx燃燒技術(shù)。在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低NOx燃燒技術(shù)采用最廣、相對簡單、經(jīng)濟(jì)并且有效。
關(guān)鍵字：燃燒條件 NOx NOx燃燒技術(shù) 低NOx燃燒器
用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低NOx的排放，統(tǒng)稱為低NOx燃燒技術(shù)。在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低NOx燃燒技術(shù)采用最廣、相對簡單、經(jīng)濟(jì)并且有效。
目前主要有以下幾種：
1 低過量空氣燃燒
使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOx的生成。這是一種最簡單的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15－20%。但如爐內(nèi)氧濃度過低（3%以下），會造成濃度急劇增加，增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。因此在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時，應(yīng)選取最合理的過量空氣系數(shù)。
2 空氣分級燃燒
基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成。在第一階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?0－75%（相當(dāng)于理論空氣量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時第一級燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)α＜1，因而降低了燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平。因此，不但延遲了燃燒過程，而且在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應(yīng)率，抑制了NOx在這一燃燒中的生成量。為了完成全部燃燒過程，完全燃燒所需的其余空氣則通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口OFA（over fire air）――稱為"火上風(fēng)"噴口送入爐膛，與第一級燃燒區(qū)在"貧氧燃燒"條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，在α＞1的條件下完成全部燃燒過程。由于整個燃燒過程所需空氣是分兩級供入爐內(nèi)，故稱為空氣分級燃燒法。
這一方法彌補(bǔ)了簡單的低過量空氣燃燒的缺點(diǎn)。在第一級燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃燒產(chǎn)物越多，導(dǎo)致燃燒效率降低、引起結(jié)渣和腐蝕的可能性越大。因此為保證既能減少NOx的排放，又保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，必須正確組織空氣分級燃燒過程。
若用空氣分級燃燒方法改造現(xiàn)有煤粉爐，應(yīng)對前墻或前后墻布置燃燒器的原有爐膛進(jìn)行改裝，將頂層燃燒器改作"火上風(fēng)"噴口，將原來由頂層燃燒器送入爐膛的煤粉中形成富燃料燃燒，從而NOx生成。可降低15－30%。新設(shè)計(jì)的鍋爐可在燃燒器上方設(shè)"火上風(fēng)"噴口。
3 燃料分級燃燒
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，會發(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
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。
一般，采用燃料分級可使NOx的排放濃度降低50%以上。在再燃區(qū)的上面還需布置"火上風(fēng)"噴口，形成第三級燃燒區(qū)（燃盡區(qū)），以保證再燃區(qū)中生成的未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。這種再燃燒法又稱為燃料分級燃燒。
燃料分級燃燒時所使用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料，例如煤粉爐可以利用煤粉作為二次燃料。但目前煤粉爐更多采用碳?xì)漕悮怏w或液體燃料作為二次燃料，這是因?yàn)楹涂諝夥旨壢紵啾，燃料分級燃燒在爐膛內(nèi)需要有三級燃燒區(qū)，這合行燃料和煙氣在再燃區(qū)內(nèi)的儀時間相對較短，所以二次燃料宜于選用煤粉作為二次燃料，也要采用高揮發(fā)分易燃的煤種，而且要磨得更細(xì)。
在采用燃料分級燃燒時，為了有效地降低NOx排放，再燃區(qū)是關(guān)鍵。因此需要研究在再燃區(qū)中影響NOx濃度值的因素。
4 煙氣再循環(huán)
目前使用較多的還有煙氣再循環(huán)法，它是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進(jìn)而降低了NOx的排放濃度，。從空氣預(yù)熱器前抽取溫度較低的煙氣，通過再循環(huán)風(fēng)機(jī)將抽取的煙氣送入空氣煙氣混合器，和空氣混合后一起送入爐內(nèi)，再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時的煙氣量之比，稱為煙氣再循環(huán)率。
煙氣再循環(huán)法降低NOx排放的效果與燃料品種和煙氣再循環(huán)有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)表明，煙氣再循環(huán)率為15-20%時，煤粉爐的NOx排放濃度可降低25%左右。NOx的降低率隨著煙氣再循環(huán)率的增加而增加。而且與燃料種類和燃燒溫度有關(guān)。燃燒溫度越高，煙氣再循環(huán)率對NOx降低率的影響越大。
電站鍋爐和煙氣再循環(huán)率一般控制在10-20%。當(dāng)采用更高的煙氣再循環(huán)率時，燃燒會不穩(wěn)定，未完全燃燒熱損失會增加。另外采用煙氣再循環(huán)時需加裝再循環(huán)風(fēng)機(jī)、煙道，還需要場地，增大了投資，系統(tǒng)復(fù)雜。對原有設(shè)備進(jìn)行改裝時還會受到場地的限制。
煙氣再循環(huán)法可在一臺鍋爐上單獨(dú)使用，也可和其它低NOx燃燒技術(shù)配合使用，可用來降低主燃燒器空氣的濃度，也可用來輸送二次燃料。需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
5 低NOx燃燒器
煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。不但煤粉是通過燃燒器送入爐膛，而且煤粉燃燒所需的空氣也是通過燃燒器進(jìn)入爐膛的。從燃燒的角度看，燃燒器的性能對煤粉燃燒設(shè)備的可*性和經(jīng)濟(jì)性起著主要作用。從NOx的生成機(jī)理看，占NOx絕大部分的燃料型NOx是在煤粉的著火階段生成的，因此，通過特殊設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)以及通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，可以將前述的空氣分級、燃料分級和煙氣再循環(huán)降低NOx濃度的大批量用于燃燒器，以盡可能地降低著火氧的濃度適當(dāng)降低著火區(qū)的溫度達(dá)到最大限度地抑制NOx生成的目的，這就是低NOx燃燒器。低NOx燃燒器得到了廣泛的開發(fā)和應(yīng)用，世界各國的大鍋爐公司，為使其鍋爐產(chǎn)品滿足日益嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，分別開發(fā)了不同類型的低NOx燃燒器，可達(dá)到NOx降低率一般在30-60%。
6 煤粉爐的低NOx燃燒系統(tǒng)
為更好地降低NOx的排放量和減少飛灰含碳量，很多公司將低NOx燃燒器和爐膛低NOx燃燒（空氣分級、燃料分級和煙氣再循環(huán)）等組合在一起，構(gòu)成一個低低NOx燃燒系統(tǒng)。
7 液態(tài)排渣爐的低NOx燃燒
目前旋風(fēng)爐、切向燃燒液態(tài)爐和U型火焰液態(tài)爐仍有大量設(shè)備在運(yùn)行，F(xiàn)代化的大型液態(tài)排渣爐主要是采用U型火焰燃燒方式。在不采取降低NOx的措施時，其NOx排放值一般均超過2000mg/Nm3，所以近年電站煤粉爐多傾向于固態(tài)排渣滬。其主要降低NOx的措施有：
a) 采用WS型低NOx燃燒器，并采用再循環(huán)煙氣和一次風(fēng)或二次風(fēng)混合以使著火區(qū)成為富燃料燃燒區(qū)，可使NOx降低25%。
b) 增設(shè)三次風(fēng)。當(dāng)采用煙氣再循環(huán)并取三次風(fēng)份額為20%時，鍋爐的NOx排放量可降至1000mg/Nm3以下。
c) 使用細(xì)顆粒煤粉
8 層燃爐降低NOx排放的方法
我國使用最普遍的層燃爐是鏈條爐。鏈條爐燃料層燃燒過程本身存在著類似于空氣分級燃燒的特點(diǎn)，其NOx排放比煤粉爐低得多，在450mg/Nm3以下？梢圆捎眠m用于煤粉爐的低NOx燃燒技術(shù)。如采用低過量空氣系數(shù)，可降低20%。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
