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一、NOx氮氧化物的生成機(jī)制
對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō),Nox的產(chǎn)生主要來(lái)自空氣中的氮?dú)夂瓦^(guò)量氧氣產(chǎn)生的熱力型Nox,熱力型NOx的產(chǎn)生和燃燒的溫度呈指數(shù)型關(guān)系,通常在燃燒溫度高于1000攝氏度的時(shí)候開(kāi)始產(chǎn)生,而在1400度以上NOx的生成速度會(huì)急劇增加。鍋爐低氮燃燒和SNCR脫硝技術(shù)在現(xiàn)有LNB技術(shù)和SNCR技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,對(duì)鍋爐LNB和SNCR技術(shù)進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究和工程化研發(fā),研究適應(yīng)于煤粉低氮燃燒和SNCR脫硝優(yōu)化技術(shù)裝備的耦合技術(shù)。下圖反映的是燃煤型鍋爐的NOx排放和溫度的關(guān)系,其中熱力型Nox的溫度關(guān)系同樣適合于鍋爐燃燒器。
燃煤型鍋爐的NOx排放和溫度的關(guān)系基于以上NOx的生長(zhǎng)機(jī)制,低氮燃燒器的控制NOx的技術(shù)也主要著眼于兩個(gè)方向:
1、降低火焰溫度;
2、降低氧含量。
二、低氮燃燒器和超低氮燃燒器類(lèi)型
傳統(tǒng)的鍋爐燃燒器通常的NOx排放在120~150毫克左右。低氮燃燒器通常是指NOx排放在30~80毫克的燃燒器。NOx排放在30毫克以下的通常稱(chēng)為超低氮燃燒器。
傳統(tǒng)的燃燒器的高NOx排放主要源于下述幾個(gè)原因:
1、為了保證燃燒充分,采用了較大的過(guò)量空氣;
2、燃燒溫度通常在1800度左右。
三、低氮燃燒器三、低氮燃燒器通?;谙铝屑夹g(shù)
1.電子比例調(diào)節(jié)和氧含量控制技術(shù);來(lái)控制氧含量;
2.FGR煙氣再循環(huán)技術(shù),來(lái)降低火焰溫度和氧含量;
3.全預(yù)混的表面燃燒技術(shù)來(lái)降低火焰溫度和實(shí)現(xiàn)充分燃燒;
上述技術(shù)中,通常是低氮燃燒器的必須配置?;谏鲜黾夹g(shù),市場(chǎng)的低氮燃燒器主要分為以下類(lèi)型:
四、各低氮燃燒器優(yōu)缺點(diǎn)介紹
1、FGR低氮燃燒器
FGR低氮燃燒器通常能夠?qū)Ox在全火范圍內(nèi)控制到65毫克,極限大約在40毫克左右,進(jìn)一步降低NOx排放可能導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定,或者犧牲可調(diào)比等弊端。
2、表面燃燒超低氮燃燒器
表面燃燒超低氮燃燒器通常能夠?qū)Ox在全火范圍內(nèi)控制到30毫克以?xún)?nèi),其優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單,不需要FGR煙氣再循環(huán)管道;其主要缺點(diǎn)是需要過(guò)濾空氣,加大了維護(hù)工作量;同時(shí)氧含量在7%左右,降低了部分燃燒效率。
3、表面燃燒 FGR超低氮燃燒器
表面燃燒 FGR超低氮燃燒器結(jié)合了表面燃燒的NOx控制優(yōu)點(diǎn)和FGR降氧含量?jī)?yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)在全火范圍控制NOx到20毫克水平,同時(shí)控制氧含量在3%以?xún)?nèi),化燃燒效率。其主要短處是設(shè)備成本提高。
低氮燃燒器及低氮氧化物燃燒器,是指燃料燃燒過(guò)程中NOx排放量低的燃燒器,采用低NOx燃燒器能夠降低燃燒過(guò)程中氮氧化物的排放。在燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的氮的氧化物主要為NO和NO2,通常把這兩種氮的氧化物通稱(chēng)為氮氧化物NOx。
大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,燃燒裝置排放的氮氧化物主要為NO,平均約占95%,而NO2僅占5%左右。一般燃料燃燒所生成的NO主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面:一是燃燒所用空氣(助燃空氣)中氮的氧化;二是燃料中所含氮化物在燃燒過(guò)程中熱分解再氧化。在大多數(shù)燃燒裝置中,前者是NO的主要來(lái)源,我們將此類(lèi)NO稱(chēng)為"熱反應(yīng)NO",后者稱(chēng)之為"燃料NO",另外還有"瞬發(fā)NO"。按運(yùn)行和操作方式分為:歐瑞特燃燒器有一級(jí)、兩級(jí)、漸進(jìn)兩級(jí)式和帶比例調(diào)節(jié)器的漸進(jìn)兩級(jí)式等(后者實(shí)行比例調(diào)節(jié)運(yùn)行)3。
SHAPE *
MERGEFORMAT
燃燒時(shí)所形成NO可以與含氮原子中間產(chǎn)物反應(yīng)使NO還原成NO2。實(shí)際上除了這些反應(yīng)外,NO還可以與各種含氮化合物生成NO2。在實(shí)際燃燒裝置中反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),[NO2]/[NO]比例很小,即NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2很少,可以忽略。分割火焰型燃燒器其原理是把一個(gè)火焰分成數(shù)個(gè)小火焰,由于小火焰散熱面積大,火焰溫度較低,使“熱反應(yīng)NO”有所下降。降低NOx的燃燒技術(shù)NOx是由燃燒產(chǎn)生的,而燃燒方法和燃燒條件對(duì)NOx的生成有較大影響,因此可以通過(guò)改進(jìn)燃燒技術(shù)來(lái)降低NOx。
SHAPE * MERGEFORMAT
低氮燃燒器通常是指NOx排放在30~80毫克的燃燒器;NOx排放在30毫克以下的通常稱(chēng)為超低氮燃燒器;
低氮燃燒器?;谙铝屑夹g(shù):
1.電子比例調(diào)節(jié)和氧含量控制技術(shù),來(lái)控制氧含量;
2.全預(yù)混的表面燃燒技術(shù),來(lái)降低火焰溫度和實(shí)現(xiàn)充分燃燒;
3.FGR煙氣再循環(huán)技術(shù),來(lái)降低火焰溫度和氧含量;
目前市場(chǎng)的低氮燃燒器主要分為以下類(lèi)型:
1.表面燃燒超低氮燃燒器;
表面燃燒超低氮燃燒器通常能夠?qū)Ox在全火范圍內(nèi)控制到30毫克以?xún)?nèi),其優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單,不需要FGR煙氣再循環(huán)管道;其主要缺點(diǎn)是需要過(guò)濾空氣,加大了維護(hù)工作量;同時(shí)氧含量在7%左右,降低了部分燃燒效率;
2.分級(jí)燃燒器;
分級(jí)燃燒器通常能夠?qū)Ox在全火范圍內(nèi)控制到65毫克,極限大約在40毫克左右,進(jìn)一步降低NOx排放可能導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定,或者犧牲可調(diào)比等弊端;
3.分級(jí)燃燒器 FGR煙氣在循環(huán)技術(shù);
分級(jí)燃燒器 FGR煙氣在循環(huán)技術(shù)結(jié)合了分級(jí)燃燒器NOx控制優(yōu)點(diǎn)和FGR降氧含量?jī)?yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)在全火范圍控制NOx到20毫克水平,同時(shí)控制氧含量在3%以?xún)?nèi),化燃燒效率。其主要短處是設(shè)備成本提高。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3年的理論分析、設(shè)計(jì)改進(jìn)、我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于成功研發(fā)出了適合我國(guó)低氮燃燒的燃燒機(jī),并成功應(yīng)用于600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐工程。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明:采用該燃燒機(jī),鍋爐的氮氧化物排放降到了水平。
工業(yè)鍋爐上已有廣泛應(yīng)用,由于層燃、室燃、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式不同、爐膛結(jié)構(gòu)不同,其原始NOx排放也有較大差異,一般來(lái)說(shuō),在未特意采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)時(shí),循環(huán)流化床NOx原始排放,一般在300mg/m3以下,也有部分項(xiàng)目排放在400mg/m3左右;隨著氧含量的降低,燃燒可能變得不完整,灰分中未燃碳的量可能增加。以鏈條爐為代表的層燃爐NOx原始排放一般在300~600mg/Nm3,煤粉工業(yè)鍋爐為室燃鍋爐,NOx原始排放大致在400~600mg/Nm3。
層燃、室燃、循環(huán)流化床鍋爐可根據(jù)燃燒方式的不同采用不同的低氮燃燒技術(shù)。針對(duì)層燃鍋爐配風(fēng)較常采用空氣分級(jí)以及煙氣再循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)低氮燃燒;在煙氣再循環(huán)對(duì)層燃鍋爐典型區(qū)段燃燒的影響下,結(jié)合空氣分級(jí)技術(shù)通過(guò)半焦催化還原NO;爐內(nèi)超級(jí)還原脫硝技術(shù)是近年來(lái)新興的爐內(nèi)脫硝技術(shù)手段,通過(guò)在燃燒火焰區(qū)域的合理位置噴氨,實(shí)現(xiàn)在高溫火焰中直接脫硝。循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造主要對(duì)二次風(fēng)口、給煤口的位置及分布進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,或是增加煙氣再循環(huán)系統(tǒng)等;在運(yùn)行方面,主要通過(guò)控制爐膛內(nèi)燃燒氧量,提高二次風(fēng)份額,降低給煤粒度,減少料層厚度等來(lái)降低氮氧化物的生成。煤粉工業(yè)鍋爐可結(jié)合室燃鍋爐的特點(diǎn),采用濃淡燃燒、空氣分級(jí)、煙氣再循環(huán)等多種手段實(shí)現(xiàn)低氮燃燒;通過(guò)在著火初期的構(gòu)建還原性氣氛,抑制燃料型NOx的大量生成;通過(guò)控制主燃燒區(qū)溫度分布,避免局部熱力型NOx生成量過(guò)高。
中心在對(duì)層燃、室燃、循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行了大量試驗(yàn)后,已在工程應(yīng)用上加以驗(yàn)證,以鏈條爐為代表的層燃爐可將NOx排放降低至250~300mg/Nm3;另一種自身再循環(huán)燃燒器是把部分煙氣直接在燃燒器內(nèi)進(jìn)入再循環(huán),并加入燃燒過(guò)程,此種燃燒器有抑制氧化氮和節(jié)能雙重效果。循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐可將NOx排放降低至200mg/Nm3以下,如采用流態(tài)化超低氮燃燒技術(shù),可將初始排放降至100mg/m?3;左右;針對(duì)29MW及以上容量的室燃爐,可將NOx原始排放降至在300mg/Nm3以下。