低氮燃烧技术解读

NO燃烧技术x22x 2x 2x 2 2 2 NONO、NO、NO、NOPAN等氮氧化物的统称。在煤的燃烧过程中，NONONONO是最为重要。试验说明，NONO90%以上，NO只是在高温烟气在急NONO22x 2x 2x 2 2 2 x 2因此在本章的争论中，NONONOx 2xNOx

的生成机理NOxNOx的生成机理可以分为三3-1所示。试验说明，燃煤过程生成的NOxNO90%，NO25%～10%。x1NOx热力型NOx个不分支的链式反响，又称为捷里多维奇〔Zeldovich〕机理O 2O (3-1)2如考虑以下反响

ON NON2NO NOO2NOHNOH

(3-2)(3-3)(3-4)三键键能很高，因此空气中的氮格外稳定，在室温下，几乎没有NOx生成。但随着温度的上升，依据阿仑尼乌斯〔Arrhenius〕定律，化学反响速率按指数规律快速增加。试验说明，当温度超过100℃，反响6～7倍，NOx3-1所示。NOxNOx不是主要的，可以不间可以抑制热力型NOx的生成。2NOx快速型NOx3-2所示。通常认为快速型NOx是由燃烧过程中的形成活泼的中间产物CHi与空气中的N等，再进一步氧化而形成的。在煤的燃烧过程中，由基CH·，CH2·CHiHCNHN，随后又进一步被氧化成NO60ms，故称为快速型NOx，这一机理是由费尼莫〔Fenimore〕觉察的，所以又称为费尼莫机理。CHN 2CN CNN2

(3-5)(3-6)由图3-1NOx〔10～100〕×10-6，且和温度关系不大。但随着NOx排放标准的日益严格，对于某些碳NOx的生成也应当得到重视。3NOx由燃料中的N生成的NOx称为燃料型NOx，由图3-1可知，燃料型NOx是煤粉燃烧过程中NOx的主要来源，占总量60%～80%600～800NOx，而且其生成量受温度不大。煤的氮含量在0.4%～2.9%之间，且随其产地的不同有较大差异。煤中绝大N、CN、HCNNHi等中间产物，随后再氧化生成NOx；另x x NONO又分NONOx x x试验说明，在通常的燃烧条件下，燃煤锅炉中大约只有20%～25%的燃料氮NO，而且受燃烧过程空气量影响很大，常用过量空气系数〔α〕来表示燃烧过程空气量的多少，一般定义在化学当量比下的过量空气系数为1，大于1xxx x 表示空气过量，小于1表示空气量缺乏。如图3-4所示，当过量空气系数α=0.7时，燃料型NO的生成量接近于零，然后随过量空气系数的增加而增加。同时NONO属于挥发分NOxx x 煤燃烧的氮氧化物形成实际上是一个格外简单的过程，与煤种、燃烧方式及燃烧过程的掌握亲热相关。对于各种不同的煤种的原始NOx排放状况，一般来说无烟煤燃烧时的NOx排放量最大，褐煤燃烧时为最小，这不但与煤种有关，更重要的是与煤的燃烧方式有关，煤中的挥发分越低，燃烧时为了燃烧的要求，组织的燃烧温度越高，同时风量一般也最大，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态排渣煤粉炉，这也是为什么目前液态炉用得不多的缘由之一。NOxNOx原始排放量来看，最正确的是固态排渣的切向燃烧锅炉，这3-6中同时还给出了为了满足环NOx排放掌握要求的简洁线算方法，因此通过这张图就可以初步推断用什么方法可以到达排放的要求。二、燃煤锅炉的低NOx燃烧技术NOx的生成机理，在煤的燃烧过程中通过转变燃NOx生成的燃烧技术。正如前文所NOxNOx的生成量占的比例最大，因NOxNOx的生成。依据燃料型NOx的生成机理，可以将其生成过程归纳为如下竞争反响燃料氮→IIRONO (R1)INON2 (R2)I代表含氮的中间产物〔、CN、HCNNi，RO代表含氧原子的化学组分O2。反响R1Nx反响R2指生成的NOx被含氮中间产物复原成N2的反响。因此抑制燃料型NOxR2R1的条件和气氛。NOxNOx的排放量，NOx的主要原则是：①降低过量空气系数和氧气的浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧；②降低燃烧温度并掌握燃烧区的温度分布，防止消灭局部高温区；③缩短烟气在高温区的停留时间。NOx燃烧技术时必需全面考虑。目前常见的低NOx燃烧技术主要有：低NOx燃烧器技术、空气分级燃烧技〔又称再燃技术〕。各项技术的利用方3-7所示。1、烟气再循环技术于这局部烟气的温度较低〔140～180℃、含氧量也较低〔8%左右，因此可以同时降低炉内的燃烧区温度和氧气浓度，从而有效地抑制了热力型NOx的生成。空气中，工业实际中最终一种方法效果最好，应用也最多，如图3-8所示。xxNO3-9。但是，再循环率的提高是有限度的，循环一般再循环率掌握在15%～20%，此时NO排放可以降低25%左右。另外该法需要添加配套设备如风机、风道等，使系统变得简单并增加了投资，对于旧机组改造时往往受到场地的限制。xxNOxNOx排承受烟气再循环技术虽然降低了燃烧温度和氧气浓度，但也从而造成未燃炭的增加。2、空气分级燃烧技术NOxNOx排放量大幅下降的燃烧掌握技术。NOx抑制了热力型NOx的生成，同是由于不能完全燃烧，局部中间产物如HCN和x3NHNOx3

N

，从而使燃料型NO

的排放也有所削减。2x然后在富氧燃烧阶段，燃料燃尽，但由于此区域的温度已经降低，生成的NOx2x量格外有限，因此总体上NOx的排放量明显削减。在空气分级燃烧技术中，合理的安排两级燃烧的过量空气系数是影响NOx不易点燃而且燃烧不稳定；假设太高，则NOx的生成量也会上升，一般取0.8左通过加装一次风稳燃体实现空气分级和通过炉膛布风实现空气分级三类。①通过燃烧器设计实现空气分级。对煤粉炉来讲，燃烧器是燃烧系统中最二次风和三次风等，这为进一步的分级燃烧降低NOx的形成制造了良好的条件。2是正在安装中的低氮氧化物燃烧器。在所利用不同方法实现降低NOx排放的燃烧器，即低NOx燃烧器〔LNB〕中，空气分级方式是最为常见的。产生生的混合和燃烧状况是不一样的，所以承受的空气分级方式也不一样。3-10所示，同轴燃烧技术又有两种形式：一种是使同轴的两个切圆旋如图3-11为某燃烧烟煤的300MW置，其各层的二次均承受反向的方式。b.直流燃烧器浓淡燃料燃烧技术。燃料浓淡燃烧的根本原理是在燃烧器喷口前，经过惯性分别等方法使一次煤粉气流分别成煤粉浓度不同的两股煤粉气相对含氧量低，可有效掌握燃料型NOx的形成；另一股煤粉气流进展贫燃料燃烧，燃烧温度较低，可使热反响型NOx生成量削减，然后再混合完成整个燃烧过程。通常燃料可以在水平或是垂直方向上实现浓淡分别。水平浓淡燃烧方式见图3-12向背火侧，形成内浓外稀两层切圆的分级燃烧方式。xx口分成垂直方向分开有肯定距离的上下两个喷口，从而形成上下浓淡的燃烧方3-13PMNO燃烧器，这是一种典型的垂直上下垂直浓淡燃烧。试验说明这种浓淡燃烧方式可以降低NO的排放30%左右。xxc.旋流燃烧器空气分级技术所以传统的旋流燃烧器比四角直流燃烧的NOx排放量高的多。因此为了降低其xNOx成高温富氧的环境。xx22图3-14为低NO旋流燃烧器的根本设计原理，煤粉和一次风在燃烧器喷嘴处四周形成高温气氛区Ⅰ、Ⅱ。在区域Ⅰ内，煤粉快速燃烧，并发生热分解过程空气旋转力形成内部高循环区域，大量的NO 在这个区域形成。在区域Ⅲ，由内部叶轮产生的高温空气促进了挥发分燃烧，确保火焰的稳定性，同时造成内部环境的高温化。而在区域Ⅳ，通过外侧叶轮进入的空气在局部范围形成了燃料过剩区，从而迫使释放出来的燃料氮向N 复原。提高燃料的温度可以使煤炭中挥发性气体的发生量增加，同时煤炭中合物在复原性气氛下均可被复原为N。因此高温下燃料过剩区的形成起着极为关键的作用。xx223-1NOx旋流燃烧器的3-153-16DRBNR型典型的构造图。xx②通过加装一次风稳燃体实现空气分级燃烧。在燃烧器喷口处增设不同外形种简洁的分级燃烧方式。其中比较典型的有清华大学开发的火焰稳定船低NONO生成的效果。xx3-17所示是该技术在燃烧大同烟煤时实测的温度分布，以及通过数值生分别并形成富燃料区，这里的温度在900～1000℃，既能保证煤的燃烧，还能有效地掌握NOx的生成。随着燃烧的进展煤粉同是向前运动，与外部的空气混合并完全燃烧。这正符合空气分级的原理。图3-18所示为在有船体和无船体两NOx排放降40%左右。1998年年底北京市实行严格的掌握大气污染的28条措施，其中之一就是在电站锅炉上承受这种燃烧器，应用说明，该技术降低NOx的排放可达35%以上。③通过炉膛布风实现空气分级燃烧。仅通过燃烧器四周进展分级燃烧，燃料在富燃料区停留时间往往不够，NOx较高，燃料燃烧会有的NOx生成，因此NOx的最终排放量下降幅度不是很大。富燃料区的停留时间，并使富氧区的温度降得更低。其根本方法是，使燃烧器四周的空气过量系数掌握在0.8左右，发生富燃料富氧的条件下完成全部燃烧过程。在工业上其次段通入的空气又称火上风OFAoverfireai3-19SOFA即承受炉膛布风时的火上风。沿炉墙上升，保持水冷壁外表的氧化性气氛防止结渣和水冷壁的高温腐蚀。在同等条件下，仅承受这种方式进展分级燃烧，也可以削减20%～30%的NOxNOx燃烧器同时应用，以提高降低NOx排放的效果。这类方法对于直流四角燃烧锅炉和旋流燃烧锅炉均可承受。3、燃料分级燃烧技术烧，为此燃料再燃烧技术承受的是另一个思路，即煤粉先经过完全燃烧，生成NOx，然后现利用燃料中的复原性物质将其复原，从而削减NOx排放。与空气分两类。①通过燃烧器实现燃料分级。燃料分级燃烧器原理就是在燃烧器内将燃料MSMNOx燃烧器，由于应用并不广，这里不具体介绍。3-20，燃料再燃法将整个炉膛分成了主燃区、再的燃料在富氧条件下点燃并完全燃烧，1，生成肯定NOx；其余的燃料在再燃区送入，与1C、CONOx复原成分子氮，如2NO2CN22CO22NO2CON2m2CO22NO2CHn m

(2n

2 2

N 2nCO2

mHO2最终在再燃区的上方通入过量空气〔火上风使未燃烧的燃料完全燃烧，因此称为燃尽区。但由于此时的温度已经降低，NOxNOx的生成，是比较有效的二次燃料。xNOx

燃烧技术xx NONO燃烧技术往往不能满足实际要求，在先进的燃煤锅炉系统中，通常结合各类低NOxx x50%xxNOx

排放的削减率最高：如低NO燃xx烧器和空气分段燃烧系统，低NO燃烧器和自然气再燃技术等。xxx1NO燃烧器和空气分段燃烧技术x3-21Hammond4号机xx

燃烧器和x先进的火上风技术〔AFO，即分段燃烧技术。x在该套系统中，AOFAOFA的根底上增进混合，保证燃料的燃尽。NOx的生成。该锅炉燃用的是含硫量1.7%的美国东部烟煤，其长期运行监测的结果如图3-2所示，可见当将低NOx燃烧器与分段燃烧技术结合起来时，NOx排放量的下降率有明显提高，同时飞灰未燃尽损失的增加也