論超低NOX燃燒器的發(fā)展趨勢

談寅

【摘 要】本文主要講述了超低NOX燃燒器的發(fā)展歷程和超低NOX燃燒器的技術。NOX是加熱爐排放的主要污染物之一，NOX對環(huán)境的危害主要是損壞人的呼吸道，重者可致肺壞，NOX對粘膜、神經系統(tǒng)和造血系統(tǒng)都有危害，所以超低NOX燃燒器技術是很重要的，大大提高了超低NOX燃燒器的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】 超低NOX燃燒器 技術 發(fā)展

1 低NOx燃燒器簡介

低NOx燃燒器及低氮氧化物燃燒器，是指燃料燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器，采用低NOx燃燒器能夠降低燃燒過程中氮氧化物的排放。在燃燒過程中所產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為氮氧化物NOx。很多試驗結局顯示， NO是燃燒裝置積蓄的氮氧化物的重要成分，平均約占95%，5%左右是NO2所占的。通常燃料燃燒所天生的NO首要來源2個方面：一是燃燒所用空氣（助燃空氣）中氮的氧化；二是燃料中包含氮化物在燃燒原委中熱分解再氧化。在很多的燃燒裝置中，前面的是NO的重要出處，“熱反應NO”是我們?yōu)榇祟惖腘O取的名字，后者稱之為“燃料NO”，另外還有“瞬發(fā)NO”。燃燒時所形成NO可以與含氮原子中間產物反應使NO還原成NO2。實際上除了這些反應外，NO還可以與各種含氮化合物生成NO2。在實際燃燒裝置中反應達到化學平衡時，[NO2]/[NO]比例很小，即NO轉變?yōu)镹O2很少，可以忽略。

2 低NOX燃燒技術

2.1 低過量空氣燃燒

使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的要求下實行，跟著煙氣中過量氧的下降，可以控制NOx的生成。這種方法是最簡明的降低NOx排放的辦法。通?？上陆礜Ox排放15-20%。但如爐內氧濃度過低（3%以下），會導致濃度迅速加多，添加化學不完全燃燒熱虧損，導致飛灰含碳量添加，燃燒效率降低。所以在鍋爐設計與運營時，要采用最適合的過量空氣系數。

2.2 空氣分級燃燒

空氣分級燃燒技術是將燃燒所需的空氣分級送入爐內，使燃料在爐內分級分段燃燒。在第一階段，燃燒區(qū)的氧濃度對各種類型的NOx生成都有很大影響。將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總燃燒空氣量的70-75%（相當于理論空氣量的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)內過量空氣系數α<1，因而降低了燃燒區(qū)內的燃燒速度和溫度水平因此，第一級燃燒區(qū)的主要作用就是抑制NOx的生成并將燃燒過程推遲。燃燒所需的其余空氣則通過燃燒器上面的燃燼風噴口送入爐膛與第一級所產生的煙氣混合，完成整個燃燒過程。所以為保證既能減少NOx的排放，又保證鍋爐燃燒的經濟性和可*性，必須正確組織空氣分級燃燒過程。

2.3 燃料分級燃燒

再燃區(qū)富燃料燃燒中氮氧化物的還原反應，反應式為：

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

燃料分級燃燒技術是將鍋爐爐膛分成主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。主燃區(qū)供入全部燃料的70%～90%，采用常規(guī)的低過?？諝庀禂担é痢?.2）燃燒生成NOx；與主燃區(qū)相鄰的再燃區(qū)，只供給10%～30%的燃料，不供入空氣，形成很強的還原性氣氛（α=0.8～0.9），將主燃區(qū)中生成的NOx還原成N2分子；燃盡區(qū)只供入燃盡風，在正常的過?？諝猓é?1.1）條件下，使未燃燒的CO和飛灰中的碳燃燒完全。一般，采用燃料分級可使Nox的排放濃度降低50%以上。

3 哪幾種是低氮氧化物燃燒器

依據降低NOx的燃燒技術，低氮氧化物燃燒器大致分為以下幾類：

3.1 階段燃燒器

依據分級燃燒原理設計的階段燃燒器，使燃料與空氣分段混合燃燒，由于燃燒偏離理論當量比，故可降低NOx的生成。

3.2 本身再循環(huán)燃燒器

一種是運用助燃空氣的壓頭，把部分燃燒煙氣吸回，進入燃燒器，和空氣混合燃燒。因為煙氣再循環(huán)，燃燒煙氣的熱容量大，燃燒溫度下降，NOx減少。還有一種本身再循環(huán)燃燒器是把部分煙氣直接在燃燒器內進入再循環(huán)，并加入燃燒過程，此種燃燒器有抑制氧化氮和節(jié)能雙重效果。

3.3 濃淡型燃燒器

其原理是使一部分燃料作過濃燃燒，另一部分燃料作過淡燃燒，但整體上空氣量保持不變。由于兩部分都在偏離化學當量比下燃燒，因而NOx都很低，這種燃燒又稱為偏離燃燒或非化學當量燃燒。

3.4 分割火焰型燃燒器

其原理是把一個火焰分成數個小火焰，由于小火焰散熱面積大，火焰溫度較低，使“熱反應NO”有所下降。此外，火焰小縮短了氧、氮等氣體在火焰中的停留時間，對“熱反應NO”和“燃料NO”都有明顯的抑制作用。

4 超低NOX燃燒器的發(fā)展

要把在NOX減排方面效果顯著的幾種燃燒器的優(yōu)點集合起來，以某種爐型為研究對象，從化學反應動力學、空氣動力學等角度出發(fā)，采用試驗和數值的模擬方法，研究NOX形成的機理，從而設計出適合我國國情的、確實可行的新型低NOX燃燒器。將低NOX燃燒器與其它影響鍋爐熱力性能與低污染燃燒的裝備作為全部進行思考是為了NOX的排放能夠下降，并結合爐內燃料分級或者空氣分級、尾部煙氣脫硝等措施，希望NOX排放做到最低。

近零排放，是指燃煤機組的煙氣排放達到天然氣機組標準，即二氧化硫不超過35毫克/標準立方米、氮氧化物不超過50毫克/標準立方米、煙塵不超過5毫克/標準立方米（廣州市“50355”工程由此而來）。進入2014年7月，被稱為“史上最嚴”的中國火電大氣污染排放新標準開始執(zhí)行，頭頂這一環(huán)?！熬o箍咒”，不少中國煤電企業(yè)開始探路天然氣標準的超低排放。國家近期出臺的NOX排放新標準是100mg/Nm3（50ppm），伴隨著國家能源結構的調整，優(yōu)化老機組性能，節(jié)能降耗的壓力不斷加大，東方電氣以滿足用戶需求為目標，近年持續(xù)優(yōu)化和改進技術，進一步提升產品的經濟性和環(huán)保性，并積極向用戶推介新技術，與客戶合作對機組進行改造升級，以降低能耗，提高出力，保障機組安全可靠性，為用戶提供“全生命周期”的服務。在擁有成熟、領先的技術和產品基礎上，鍋爐與高校、科研院所合作持續(xù)提高產品性能，優(yōu)化協(xié)同控制技術，為此提出了單一污染物高效脫除與多環(huán)節(jié)整體協(xié)同控制技術方案，對改造機組提出了技術路線：根據污染物排放情況開展超低NOX燃燒系統(tǒng)改造、SCR優(yōu)化、加裝低低溫省煤器、電除塵器改造、FGD改造、加裝WESP、加裝或改造WGGH等。

5 結語

燃料燃燒過程中，排放的NOX氣體是危害大，且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)、破壞呼吸系統(tǒng)，引起支氣管炎和肺氣腫，損害動植物、破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質之一。所以，為降低NOX排放，開發(fā)超低NOX燃燒器具有十分重要的意義。

參考文獻

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