工业烧嘴的低NOx技术

1、工 业 炉第 21卷 第 3期 1999年 8月工业烧嘴的低NO、技术蒋 哲 天津市节能技术服务中心(邮编:300051)岳云郑 机械部第五设计研究院(邮编:天津300190)摘 要 本文根据在燃烧过程中影响NO二的产生因素，提出相应的NO,减排技术，同时介绍了一些国外最新的低NO二烧嘴。关键词 烧嘴 低NOxLow NO.TechniquesinIndustrialBurnerJiangZhe (TianjinEnergy-savingTechnicalServiceCenter，300051)YueYune (The5thInstituteofProjectPlaning&Research

2、,MMI.,Tianjin300190) Abstract AccordingtothefactorofNO,producingincombustion，thepaperdescribesthetechniquesofNO.reducing，andintroducethelatestlowNO.burnerinabroad.Keywords burner，low NO.环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。中国也一直把环境保护作为一项基本国策，正日益受到各方面的重视。目前，我国的大气污染比较严重，其中大气中NO二的含量过高，造成酸雨、危害臭氧层等危害。因此有

3、效地降低NO二的排放，将大大改善我国的空气质量。本文将介绍工业燃烧中NO二的减排技术，并介绍国外先进的低NO、烧嘴。I 影响NO、生成的因素氮的氧化物包括N,O,NO和NO,.燃料与空气一起燃烧，由于空气过剩，N,和OZ在火焰中会产生NO- “热NO”。O+NZ- NO+NN+O: -NO+O影响NO产生的主要因素为:火焰温度，燃烧空气系数，燃烧产物在火焰中停留的时间。L1 火焰温度实验表明，当火焰温度超过1400时，NO的含量会增加。所以，任何使温度升高的过程(如预热、空气、过氧燃烧等)都会使NO、的排放增加。反之就会减少NO、的排放。L2 空气系数在缺氧条件下燃烧会减少NO的生成。实验表明

4、，随着空气系数的加大，NO的含量会迅速增加，当出现 15%的过量空气时达到最大值(相应O:含量为3%，因此这个值做为NO、测量的标准)。当空气量超过 15%，由于NO被烟气稀释，因此NO的含量开始减少。L3 反应时间NO的含量随着燃烧区中燃烧产物与化学物质接触时间的增加而增加。这个时间由火焰大小、燃料与氧的混合方式以及再循环强度决定。2 低NO、燃烧技术低NO二燃烧通常是指在不改变燃烧质量(无NO产生)和设备的热特性的前提下，通过改变燃烧条件限制NO二的排放。在了解了上述NO二生成机理的前提下，采用如下的方法可以限制和减少NO.的排放量。如:降低火焰温度、烟气再循环、加水冷却、减少预热、催化燃

5、烧、烧嘴设计(大比例空气调节;辐射烧嘴);减少局部 O:量:减少空气过量系收稿日期:1999-05-10数、分级燃烧、烟气再循环;缩短反应时间:烟气再循环、烧嘴设计。实践中主要通过以下技术有效地降低NO二的排放。么1 减少过里空气这项技术简单可靠，但要防止CO和其他未燃尽产物的生成。它可以减少50%的NO二排放，并且可以提高设备的效率。2.2 分级燃烧为降低火焰温度，可以分别将燃料、空气或同时将二者分级注人燃烧区。可以减少200o-60%的NO二排放。燃气可以分两级、两区注人:第一区，燃烧开始区，空气大量过剩(燃料不足)，由于有大量Oz，产生大量的NO;第二区，燃料完全燃烧区，产生碳氢基，将N

6、O变为Nzo这项技术用于“GRC低NO.”的烧嘴中，如图1所示。这种烧嘴的NO、排放与普通燃气烧嘴排放的130mg/m3(n)NO.相比减少了500o0炉墙燃气空气空气导流片燃气图1 多级燃烧烧嘴空气也可分两级注入:第一级，在燃烧开始时缺OZ燃烧，限制NO的产生;第二级，加入空气以便完全燃烧，同时降低火焰温度以限制NO的产生。图2所示的“PAX-20N”烧嘴就是根据这个原理设计的。实验中用于热处理炉的烧嘴为230kW,预热空气为400。在 1200的炉子中，排放的NO二大约为150mg/m3，比相同条件下的普通烧嘴少 4-5倍。2.3 燃烧产物再循环将炉子中的部分烟气重新注入烧嘴，会导致相对缺

7、氧燃烧并降低火焰温度。其原理，如图3所示。综述:工业烧嘴的低 NO二技术燃气图2 OSAKA燃气PAX一20N空气分级烧嘴烧嘴空气图3 烟气再循环技术在火焰扩散式烧嘴或蓄热式烧嘴上通常使用这种技术可以减少50%的NO二排放，但烟气的循环系数必须低于3000-400o，以防止火焰的不稳定。当预热空气1100时，蓄热式烧嘴会产生超过3000mg/m3的NO.，烟气再循环可以将这个值减少到800mg/m3。么4 催化燃烧在这种烧嘴中，燃料氧化反应不是通过燃烧，而是与一种带有催化剂的多孔媒质接触。混有部分空气的燃料穿过多孔媒质，通过自然对流将空气散布到媒质表面。这样，如果考虑初级氧化(大约10000C

8、),NO二大约可以减少到5mg/m3,还有一些实验室研究用其它催化燃烧设备来加热空气，将火焰燃烧变成通过装有催化剂的多孔媒质的催化燃烧。2.5 加水冷却可以通过加水降低火焰温度。这种技术非常有效，可以减少75%的NO、排放，但同时会降低热效率并造成腐蚀。用水冷却火焰会在燃烧反应完成前终止燃烧。在对涡流烧嘴上的实验(水在烧嘴轴上雾化)表明:注水量应小于350g/kW(相应最终的温度为80025工 业 炉第21卷 第3期 1999年8月)。超过这个值，会产生CO，使燃烧不完全。这种技术多用于天然气涡轮机和锅炉。3 低NO:烧嘴应用实例3.1 大比例空气调节烧嘴这类烧嘴主要用于干燥，燃烧产物的温度一

9、般在50-300之间，可以给大比例送风，同时不要降低效率。空气系数可以达到2.0，接近于燃烧极限。这种烧嘴可以用于食品行业，因为此行业要求极低的NO二排放。URQUHARTCXA”烧嘴，如图4所示，在一文氏管内将空气和燃气混合，再送到喷嘴燃烧。喷嘴的燃烧室用耐火纤维作衬里。烟气出口图4 URQUHARTCXA大比例空气调节烧嘴紫外线装，点火烧嘴图5ALZETAPYROCORE辐射管2MW 的URQUHARTCXA烧嘴的NO二排(上接第23页)(3)全部引进日本设备，需要 900多万美元。经国产化后，花费3200多万人民币。整个浸胶生产线工程投资节省6000-7000万人民币。5.2 社会效益放

10、为5一10mg/kWho3.2 辐射烧嘴这种烧嘴是用纤维耐火材料制成的，空气和天然气混合流过。混合气在外层燃烧，将纤维加热变红而将热量辐射传递。图5所示的ALZETAPyro-core”烧嘴就是其中的一种。通过测试，250kW 的这种烧嘴产生的NO二为50-60mg/m3，比相同条件下的普通烧嘴减少了50%。3.3 GDFCera”烧嘴这种烧嘴最初设计是用于热处理炉子的辐射管。它是一种自身换热式烧嘴，燃烧产物在一种特殊设计的再循环管中进行再循环。在实验温度为 1000的炉子中运行时，它的NO二排放量大约为500mg/m3，比普通辐射管减少了 35%。4 总 结从环保的角度考虑，选用以天然气为主的洁净能源比选用油和煤产生更少的NOxe降低NO、的排放，应在不影响燃烧质量、效率、设备特性等的前提下，通过改进设计，改进燃烧方式来抑制NO二的生成。但在高温炉中，尤其是在空气预热的炉子中，到目前为止，还没有找到经济可行的NO二减排技术。参考文献LionelGAURIER INDUSTRIAL GASUTILIZATION,1998.吴一鸣，等天然气的综合利用.天津节能技术服务中心，1998.J.A.Mulholand,etal,Low NO.,HighEfficiencyMultistsgedBurner:FuilOilResults,JAPCA,Vol.38,No.P