低氮燃燒技術(shù)解讀

NO燃燒技術(shù)x22x 2x 2x 2 2 2 NONO、NO、NO、NOPAN等氮氧化物的統(tǒng)稱。在煤的燃燒過程中，NONONONO是最為重要。試驗說明，NONO90%以上，NO只是在高溫?zé)煔庠诩盢ONO22x 2x 2x 2 2 2 x 2因此在本章的爭論中，NONONOx 2xNOx

的生成機理NOxNOx的生成機理可以分為三3-1所示。試驗說明，燃煤過程生成的NOxNO90%，NO25%～10%。x1NOx熱力型NOx個不分支的鏈?zhǔn)椒错?，又稱為捷里多維奇〔Zeldovich〕機理O 2O (3-1)2如考慮以下反響

ON NON2NO NOO2NOHNOH

(3-2)(3-3)(3-4)三鍵鍵能很高，因此空氣中的氮格外穩(wěn)定，在室溫下，幾乎沒有NOx生成。但隨著溫度的上升，依據(jù)阿侖尼烏斯〔Arrhenius〕定律，化學(xué)反響速率按指數(shù)規(guī)律快速增加。試驗說明，當(dāng)溫度超過100℃，反響6～7倍，NOx3-1所示。NOxNOx不是主要的，可以不間可以抑制熱力型NOx的生成。2NOx快速型NOx3-2所示。通常認為快速型NOx是由燃燒過程中的形成活潑的中間產(chǎn)物CHi與空氣中的N等，再進一步氧化而形成的。在煤的燃燒過程中，由基CH·，CH2·CHiHCNHN，隨后又進一步被氧化成NO60ms，故稱為快速型NOx，這一機理是由費尼莫〔Fenimore〕覺察的，所以又稱為費尼莫機理。CHN 2CN CNN2

(3-5)(3-6)由圖3-1NOx〔10～100〕×10-6，且和溫度關(guān)系不大。但隨著NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，對于某些碳NOx的生成也應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暋?NOx由燃料中的N生成的NOx稱為燃料型NOx，由圖3-1可知，燃料型NOx是煤粉燃燒過程中NOx的主要來源，占總量60%～80%600～800NOx，而且其生成量受溫度不大。煤的氮含量在0.4%～2.9%之間，且隨其產(chǎn)地的不同有較大差異。煤中絕大N、CN、HCNNHi等中間產(chǎn)物，隨后再氧化生成NOx；另x x NONO又分NONOx x x試驗說明，在通常的燃燒條件下，燃煤鍋爐中大約只有20%～25%的燃料氮NO，而且受燃燒過程空氣量影響很大，常用過量空氣系數(shù)〔α〕來表示燃燒過程空氣量的多少，一般定義在化學(xué)當(dāng)量比下的過量空氣系數(shù)為1，大于1xxx x 表示空氣過量，小于1表示空氣量缺乏。如圖3-4所示，當(dāng)過量空氣系數(shù)α=0.7時，燃料型NO的生成量接近于零，然后隨過量空氣系數(shù)的增加而增加。同時NONO屬于揮發(fā)分NOxx x 煤燃燒的氮氧化物形成實際上是一個格外簡單的過程，與煤種、燃燒方式及燃燒過程的掌握親熱相關(guān)。對于各種不同的煤種的原始NOx排放狀況，一般來說無煙煤燃燒時的NOx排放量最大，褐煤燃燒時為最小，這不但與煤種有關(guān)，更重要的是與煤的燃燒方式有關(guān)，煤中的揮發(fā)分越低，燃燒時為了燃燒的要求，組織的燃燒溫度越高，同時風(fēng)量一般也最大，就形成了原始的NOx排放也越高。NOxNOx排放性能，原始排放量最大的是液態(tài)排渣煤粉爐，這也是為什么目前液態(tài)爐用得不多的緣由之一。NOxNOx原始排放量來看，最正確的是固態(tài)排渣的切向燃燒鍋爐，這3-6中同時還給出了為了滿足環(huán)NOx排放掌握要求的簡潔線算方法，因此通過這張圖就可以初步推斷用什么方法可以到達排放的要求。二、燃煤鍋爐的低NOx燃燒技術(shù)NOx的生成機理，在煤的燃燒過程中通過轉(zhuǎn)變?nèi)糔Ox生成的燃燒技術(shù)。正如前文所NOxNOx的生成量占的比例最大，因NOxNOx的生成。依據(jù)燃料型NOx的生成機理，可以將其生成過程歸納為如下競爭反響燃料氮→IIRONO (R1)INON2 (R2)I代表含氮的中間產(chǎn)物〔、CN、HCNNi，RO代表含氧原子的化學(xué)組分O2。反響R1Nx反響R2指生成的NOx被含氮中間產(chǎn)物復(fù)原成N2的反響。因此抑制燃料型NOxR2R1的條件和氣氛。NOxNOx的排放量，NOx的主要原則是：①降低過量空氣系數(shù)和氧氣的濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒；②降低燃燒溫度并掌握燃燒區(qū)的溫度分布，防止消滅局部高溫區(qū)；③縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間。NOx燃燒技術(shù)時必需全面考慮。目前常見的低NOx燃燒技術(shù)主要有：低NOx燃燒器技術(shù)、空氣分級燃燒技〔又稱再燃技術(shù)〕。各項技術(shù)的利用方3-7所示。1、煙氣再循環(huán)技術(shù)于這局部煙氣的溫度較低〔140～180℃、含氧量也較低〔8%左右，因此可以同時降低爐內(nèi)的燃燒區(qū)溫度和氧氣濃度，從而有效地抑制了熱力型NOx的生成?？諝庵校I(yè)實際中最終一種方法效果最好，應(yīng)用也最多，如圖3-8所示。xxNO3-9。但是，再循環(huán)率的提高是有限度的，循環(huán)一般再循環(huán)率掌握在15%～20%，此時NO排放可以降低25%左右。另外該法需要添加配套設(shè)備如風(fēng)機、風(fēng)道等，使系統(tǒng)變得簡單并增加了投資，對于舊機組改造時往往受到場地的限制。xxNOxNOx排承受煙氣再循環(huán)技術(shù)雖然降低了燃燒溫度和氧氣濃度，但也從而造成未燃炭的增加。2、空氣分級燃燒技術(shù)NOxNOx排放量大幅下降的燃燒掌握技術(shù)。NOx抑制了熱力型NOx的生成，同是由于不能完全燃燒，局部中間產(chǎn)物如HCN和x3NHNOx3

N

，從而使燃料型NO

的排放也有所削減。2x然后在富氧燃燒階段，燃料燃盡，但由于此區(qū)域的溫度已經(jīng)降低，生成的NOx2x量格外有限，因此總體上NOx的排放量明顯削減。在空氣分級燃燒技術(shù)中，合理的安排兩級燃燒的過量空氣系數(shù)是影響NOx不易點燃而且燃燒不穩(wěn)定；假設(shè)太高，則NOx的生成量也會上升，一般取0.8左通過加裝一次風(fēng)穩(wěn)燃體實現(xiàn)空氣分級和通過爐膛布風(fēng)實現(xiàn)空氣分級三類。①通過燃燒器設(shè)計實現(xiàn)空氣分級。對煤粉爐來講，燃燒器是燃燒系統(tǒng)中最二次風(fēng)和三次風(fēng)等，這為進一步的分級燃燒降低NOx的形成制造了良好的條件。2是正在安裝中的低氮氧化物燃燒器。在所利用不同方法實現(xiàn)降低NOx排放的燃燒器，即低NOx燃燒器〔LNB〕中，空氣分級方式是最為常見的。產(chǎn)生生的混合和燃燒狀況是不一樣的，所以承受的空氣分級方式也不一樣。3-10所示，同軸燃燒技術(shù)又有兩種形式：一種是使同軸的兩個切圓旋如圖3-11為某燃燒煙煤的300MW置，其各層的二次均承受反向的方式。b.直流燃燒器濃淡燃料燃燒技術(shù)。燃料濃淡燃燒的根本原理是在燃燒器噴口前，經(jīng)過慣性分別等方法使一次煤粉氣流分別成煤粉濃度不同的兩股煤粉氣相對含氧量低，可有效掌握燃料型NOx的形成；另一股煤粉氣流進展貧燃料燃燒，燃燒溫度較低，可使熱反響型NOx生成量削減，然后再混合完成整個燃燒過程。通常燃料可以在水平或是垂直方向上實現(xiàn)濃淡分別。水平濃淡燃燒方式見圖3-12向背火側(cè)，形成內(nèi)濃外稀兩層切圓的分級燃燒方式。xx口分成垂直方向分開有肯定距離的上下兩個噴口，從而形成上下濃淡的燃燒方3-13PMNO燃燒器，這是一種典型的垂直上下垂直濃淡燃燒。試驗說明這種濃淡燃燒方式可以降低NO的排放30%左右。xxc.旋流燃燒器空氣分級技術(shù)所以傳統(tǒng)的旋流燃燒器比四角直流燃燒的NOx排放量高的多。因此為了降低其xNOx成高溫富氧的環(huán)境。xx22圖3-14為低NO旋流燃燒器的根本設(shè)計原理，煤粉和一次風(fēng)在燃燒器噴嘴處四周形成高溫氣氛區(qū)Ⅰ、Ⅱ。在區(qū)域Ⅰ內(nèi)，煤粉快速燃燒，并發(fā)生熱分解過程空氣旋轉(zhuǎn)力形成內(nèi)部高循環(huán)區(qū)域，大量的NO 在這個區(qū)域形成。在區(qū)域Ⅲ，由內(nèi)部葉輪產(chǎn)生的高溫空氣促進了揮發(fā)分燃燒，確?；鹧娴姆€(wěn)定性，同時造成內(nèi)部環(huán)境的高溫化。而在區(qū)域Ⅳ，通過外側(cè)葉輪進入的空氣在局部范圍形成了燃料過剩區(qū)，從而迫使釋放出來的燃料氮向N 復(fù)原。提高燃料的溫度可以使煤炭中揮發(fā)性氣體的發(fā)生量增加，同時煤炭中合物在復(fù)原性氣氛下均可被復(fù)原為N。因此高溫下燃料過剩區(qū)的形成起著極為關(guān)鍵的作用。xx223-1NOx旋流燃燒器的3-153-16DRBNR型典型的構(gòu)造圖。xx②通過加裝一次風(fēng)穩(wěn)燃體實現(xiàn)空氣分級燃燒。在燃燒器噴口處增設(shè)不同外形種簡潔的分級燃燒方式。其中比較典型的有清華大學(xué)開發(fā)的火焰穩(wěn)定船低NONO生成的效果。xx3-17所示是該技術(shù)在燃燒大同煙煤時實測的溫度分布，以及通過數(shù)值生分別并形成富燃料區(qū)，這里的溫度在900～1000℃，既能保證煤的燃燒，還能有效地掌握NOx的生成。隨著燃燒的進展煤粉同是向前運動，與外部的空氣混合并完全燃燒。這正符合空氣分級的原理。圖3-18所示為在有船體和無船體兩NOx排放降40%左右。1998年年底北京市實行嚴(yán)格的掌握大氣污染的28條措施，其中之一就是在電站鍋爐上承受這種燃燒器，應(yīng)用說明，該技術(shù)降低NOx的排放可達35%以上。③通過爐膛布風(fēng)實現(xiàn)空氣分級燃燒。僅通過燃燒器四周進展分級燃燒，燃料在富燃料區(qū)停留時間往往不夠，NOx較高，燃料燃燒會有的NOx生成，因此NOx的最終排放量下降幅度不是很大。富燃料區(qū)的停留時間，并使富氧區(qū)的溫度降得更低。其根本方法是，使燃燒器四周的空氣過量系數(shù)掌握在0.8左右，發(fā)生富燃料富氧的條件下完成全部燃燒過程。在工業(yè)上其次段通入的空氣又稱火上風(fēng)OFAoverfireai3-19SOFA即承受爐膛布風(fēng)時的火上風(fēng)。沿爐墻上升，保持水冷壁外表的氧化性氣氛防止結(jié)渣和水冷壁的高溫腐蝕。在同等條件下，僅承受這種方式進展分級燃燒，也可以削減20%～30%的NOxNOx燃燒器同時應(yīng)用，以提高降低NOx排放的效果。這類方法對于直流四角燃燒鍋爐和旋流燃燒鍋爐均可承受。3、燃料分級燃燒技術(shù)燒，為此燃料再燃燒技術(shù)承受的是另一個思路，即煤粉先經(jīng)過完全燃燒，生成NOx，然后現(xiàn)利用燃料中的復(fù)原性物質(zhì)將其復(fù)原，從而削減NOx排放。與空氣分兩類。①通過燃燒器實現(xiàn)燃料分級。燃料分級燃燒器原理就是在燃燒器內(nèi)將燃料MSMNOx燃燒器，由于應(yīng)用并不廣，這里不具體介紹。3-20，燃料再燃法將整個爐膛分成了主燃區(qū)、再的燃料在富氧條件下點燃并完全燃燒，1，生成肯定NOx；其余的燃料在再燃區(qū)送入，與1C、CONOx復(fù)原成分子氮，如2NO2CN22CO22NO2CON2m2CO22NO2CHn m

(2n

2 2

N 2nCO2

mHO2最終在再燃區(qū)的上方通入過量空氣〔火上風(fēng)使未燃燒的燃料完全燃燒，因此稱為燃盡區(qū)。但由于此時的溫度已經(jīng)降低，NOxNOx的生成，是比較有效的二次燃料。xNOx

燃燒技術(shù)xx NONO燃燒技術(shù)往往不能滿足實際要求，在先進的燃煤鍋爐系統(tǒng)中，通常結(jié)合各類低NOxx x50%xxNOx

排放的削減率最高：如低NO燃xx燒器和空氣分段燃燒系統(tǒng)，低NO燃燒器和自然氣再燃技術(shù)等。xxx1NO燃燒器和空氣分段燃燒技術(shù)x3-21Hammond4號機xx

燃燒器和x先進的火上風(fēng)技術(shù)〔AFO，即分段燃燒技術(shù)。x在該套系統(tǒng)中，AOFAOFA的根底上增進混合，保證燃料的燃盡。NOx的生成。該鍋爐燃用的是含硫量1.7%的美國東部煙煤，其長期運行監(jiān)測的結(jié)果如圖3-2所示，可見當(dāng)將低NOx燃燒器與分段燃燒技術(shù)結(jié)合起來時，NOx排放量的下降率有明顯提高，同時飛灰未燃盡損失的增加也