低氮燃燒技術在對沖燃燒鍋爐上的應用研究

陳科峰

摘 要：文章分析低氮燃燒技術應用的必要性和作用，對氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機制進行研究，并針對其形成機理提出了幾種目前比較常用的低氮燃燒技術，本文簡要介紹了這些技術在對沖燃燒鍋爐上的應用情況，以供參考。

關鍵詞：低氮燃燒技術;對沖燃燒鍋爐;應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.076

1 引言

在我國經濟快速發(fā)展的過程中，我國社會對各種能源的需求量在不斷增加，在各種能源形式中，含氮能源是比較重要的類型，且需求量急劇增加。但是在含氮能源的使用過程中會產生數量較多的NOx，對周圍環(huán)境以及居民健康造成危害。因此需要在對沖燃燒鍋爐上進行低氮燃燒技術的應用來實現對NOx排放量的有效控制，滿足我國提出的環(huán)境保護要求。

2 低氮燃燒技術應用的必要性

在我國目前經濟快速發(fā)展和工業(yè)化以及城鎮(zhèn)化水平不斷提高和深入的過程中，能源消耗量不斷增加而且污染物的排放量也隨之增加，環(huán)境污染以及治理問題已經成為人們關注的重點問題，是關系到人們居住環(huán)境以及人們切身利益的重要問題。目前我國在各個行業(yè)中提出節(jié)能減排策略的同時，針對氮能源的使用行業(yè)，相關企業(yè)在對國家政策進行解讀并且對先進技術進行利用之后，提出了采用低氮燃燒技術來對NOx排放量進行控制的方法，并且同時加大對低氮鍋爐產品的應用，對社會各界力量進行充分發(fā)揮來推動我國大氣污染防治工作的推進。低氮燃燒技術就是對爐內煤粉的燃燒方式進行合理改變和組織，通過先進的技術來降低其NOx排放量的技術，且盡量不改變其性能指標，保證鍋爐的正常運行。

3 氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機制

3.1 燃料型

氮能源在鍋爐燃燒中會產生不同形式的NOx，其中以N2O、NO2、NO為主，其中N2O的比例約為1%，NO2的比例約為2%～10%，其余的則主要為NO，且主要是在鍋爐燃燒的過程中產生的。所以氮能源燃燒過程中產生NOx中，不同物質的比例與燃燒條件有著較大的關系。對于主要的燃料型氮氧化物的產生機理來說，通常氮能源會在溫度超過600～800℃時發(fā)生熱分解，并且主要的分解產物為N、氰化氫以及其他產物，在外界因素影響下會被氧化為NOx。對其燃燒過程進行分析可知，其主要是在燃燒過程中由于揮發(fā)性燃燒以及進行持續(xù)焦炭燃燒的過程中產生，且會在完全燃燒以及不完全燃燒情況下產生。

3.2 熱力型

在一定的高溫條件下（爐溫約1400℃及以上），空氣中的氮氣會和氧氣發(fā)生化學反應生成氮氧化物，即為熱力型，其產物的種類以及產量會隨著溫度的變化而變化，即溫度是影響空氣中的O和N向NOx轉變的必要因素。

3.3 快速型

在氮能源進行燃燒的過程中出現局部燃料濃度過高的現象就是迅速生成NOx，此過程只有在一定的高溫條件下才會出現，主要是發(fā)生了碳氫自由基及碳氫化合物進行快速分解和產生的過程，會與空氣中的N2結合并生成氰化氫，并且與空氣中的O2進行快速反應而生成NOx。如果燃燒過程中鍋爐內的溫度變化不大，其生成量通常與爐膛壓力有著直接關系，而且NOx中不同成分含量的不同是由氮能源的自身物理和化學特征;鍋爐燃燒時的高溫范圍;煙氣中N2和O2等物質中的含氮量;火焰區(qū)和爐膛高溫內的停留反應時間等有關系。

4 低氮燃燒技術在對沖燃鍋爐中的應用

4.1 低氧燃燒技術

對氮能源燃燒過程中產生NOx的機理進行分析可知，爐內空氣量的增加會導致氮氧化物生成量的增加，因此可以根據此原理將鍋爐燃燒中其內部空氣含量進行控制，以此來減少鍋爐內燃燒造成的熱損耗以及NOx的產量。但是此種技術的應用會導致碳、炭黑等污染物質的增加和堆積，以及燃燒效率的下降。因此需要在鍋爐燃燒過程中對最低空氣含量進行控制，在保證有效的熱效率的同時實現對NOx產量的控制。

4.2 空氣分級燃燒技術

空氣分級燃燒技術主要分為水平方向空氣分級以及垂直方向空氣分級燃燒技術兩種，其主要原理就是在鍋爐燃燒過程中將所需要的空氣分次向爐中進行輸送，通過分段燃燒來對燃燒區(qū)域中的氧含量進行控制，實現對NOx產量的控制。也就是對其燃燒過程中所需空氣量的控制來實現燃燒區(qū)中的貧氧燃燒，實現對燃燒區(qū)溫度水平的降低以及氧濃度的減少來實現對NOx的抑制。而且在此燃燒和控制過程中，需要將第一級產生的煙氣與燃燒器上面的燃燼風噴口進入爐膛內的空氣進行混合來繼續(xù)使用。

4.3 燃料分級燃燒技術

此技術主要是在兩段燃燒裝置中進行，就是將空氣分為兩次輸入，第一次通入5%～10%的空氣，使燃料在缺氧的情況下進行燃燒并形成一個較低的燃燒區(qū)，使得燃料表層的溫度降低來減少NOx的生成，還可以實現對揮發(fā)性燃燒所產生的NOx進行控制。然后此環(huán)境下將剩余的空氣通入，將剩余的不完全燃燒物進行全部燃燒，雖然會剩余較多的氧氣，但是確保了對NOx生成的控制，而且在第二次通入空氣時可在燃燼區(qū)對燃盡風噴口進行設置。

4.4 低NOx燃燒器的使用

此種燃燒器就是在燃料燃燒時對氮氧化物的排放量進行控制和降低，重點是對燃燒所用空氣中氮的氧化以及燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解之后的再氧化進行控制來實現對NOx的控制。

4.5 煙氣再循環(huán)利用技術

此種方法就是對NOx生成的途徑進行減少和控制，將煙氣進行冷卻之后進行重復循環(huán)利用，通過增加重復使用的次數來提高主燃區(qū)的工作溫度，并降低氧氣濃度，實現對NO的控制，而且在滿足最佳熱效率的同時，減少所生成的NOx，并將煙氣循環(huán)率控制在5%～20%的范圍之內。

5 結語

隨著我國能源需求量和消耗量的不斷增加，環(huán)境污染問題逐漸引起人們的關注。針對氮能源使用中產生的大氣污染問題，需要在對沖燃燒鍋爐上進行低氮燃燒技術的應用，而且經過對此技術在對沖燃燒鍋爐上的應用可以看出，其能夠實現對NOx排放量的有效控制，未來需要對此技術進行深入研究，進一步深化節(jié)能減排目標的實現。

參考文獻：

[1]肖冠華.低氮燃燒技術在對沖燃燒鍋爐上的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2017（27）：147.

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