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电站锅炉低氮燃烧技术原理


电厂锅炉低NOX燃烧技术的探讨
长海电厂锅炉分部 纪晓兵

邮箱:JXB3180@163.com 2013.4.10

燃煤燃烧过程中排放的NOX气体是危害大,且较难处理的 大气污染物,它不仅刺激人的呼吸系统,损害动植物,破 坏臭氧层,而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的 主要物质之一。我国是燃煤大国,开展对降低NOX排放的

治理具有十分重要的意义。 ? 国内外在降低锅炉NOX排放方面进行的工作大致可分为以 下3个方面: (1)锅炉燃烧技术的改进。 (2)无催化情况下向炉内喷氨水。 (3)有催化物的氨水喷射系统。 ? 后两类技术都是在锅炉燃烧生成NOX以后,用氨来还原 NOX。这不仅增加设备投资和运行维护费用,还可能引起 预热器等锅炉尾部受热面的堵塞等。因此,要降低NOX的 排放量,更有效的方法是改进炉内燃烧状况。
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燃烧技术的改进措施
? 目前,锅炉燃烧技术的改进主要有:低

NOX燃烧器;分段燃烧技术;炉膛内降低 NOX技术和烟气再循环等。有关资料表明, 综合考虑NOX值和成本两个方面,使用低 NOX燃烧器和炉膛内降低NOX是既经济又 最有效方法。

炉膛内降低NOX技术包括:
? 采用分级混合燃烧,降低氧浓度和燃烧温

度以及将燃烧器喷嘴出口燃料分为浓稀两 相。在主燃烧器实行低氧,低温燃烧降低 NOX生成。在燃烧器顶部设置燃烬风喷嘴 (OFA),配以不同的风量,燃尽在主燃 烧区低氧条件下产生的未燃气体和碳份。 分级燃烧主要使燃烧完全和降低NOX排放 为最佳。

采用分级配风的方法有:
在配风方式上使煤粉气流与“二次风”气流的混 合燃烧分为两个“区域”进行。在一次燃烧区内 煤粉是在“缺氧”(一般控制空气系数n= 0.7~0.75)的工况下进行着火燃烧。一次燃 烧区中未燃尽的煤粉颗粒(焦碳)与余下的燃烧 空气(分级二次风)在二次燃烧区进行混合、燃 尽。 ? 燃烧器主风箱中设置一定数量的富裕喷嘴,当烟 气中未燃物上升到排放标准以上时,分别投入运 行。 ? 控制送入炉膛的燃料和风量分配均匀,通过测量 把燃料偏差控制在5%以内,风量偏差在10%以 内,达到优化燃烧,降低NOX的目的。
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用煤粉再燃降低NOX的技术
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煤粉再燃燃烧技术机理 燃料燃烧过程中,将燃烧分成3个区域:一次燃烧 区,为氧化性或稍还原性气氛;在第二燃烧区, 为还原性气氛,将二次燃料送入,则生成CH基团, 这些基团与一次燃烧区内生成的NO反应,最终生 成N2;这个区域通常成为再燃烧区,二次燃料别 称为再燃燃料,最后送入二次风,使燃料完全燃 烧,因此,成为燃尽区,这就是再燃烧技术的机 理。

再燃燃料的选取
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根据再燃的原理,再燃区的还原性气氛中最利于NOX还原的成分是烃 (CHi),因此,选择二次燃料时应采用能在燃烧时产生大量烃根而 又不含氮类的物质。丙烷和其它燃料相比,能最有效地降低NOX,这 是因为丙烷能产生大量烃根而没有额外的氮类成分。而在所有燃料中, 氢气降低NOX的效果最差,因为它本身不能产生烃根是用天然气、油 和煤作为二次燃料时降低NOX浓度效果的比较。显然,天然气是最有 效的二次燃料。研究还表明,气态烃燃料还原NOX的能力随着烃分子 中碳原子数目的增加而增加,因此,气态烃是最好的二次燃料。 再燃燃料作为二次燃料,一般是在还原性气氛中燃烧,对于锅炉炉膛 来说,一般都是在炉膛的燃烧区的上部,因此,再燃燃料必须易着火, 易燃尽。 三次风煤粉作为再燃燃料的可能性分析,改进的成本的运行的安全 性都不方便。根据测试发现,三次风煤粉粒度比一次风煤粉粒度明显 要小(如表1所示),易着火,易燃烬,比较适合再燃燃料的要求。

锅炉再燃降氮技术
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另外,对于锅炉膛内的燃烧工况而言,当三次风投入时,相当于增设 了顶部燃烧区,实行分级燃烧,在燃烧器区域形成富燃区,三次风喷 嘴附近形成燃尽区,使排放量降低,此外,含粉三次风还可起到还原 已生成NOX的作用,使NOX进一步下降。当然,使用三次风细粉再 燃降低NOX的方法也会出现一定的问题,如磨煤乏气中煤粉燃烧火焰 长度不足,飞灰可燃物含量增加,火焰中心上移,引起出口结渣,过 热器超温等不良现象。 但是通过改造三次风将其作为再燃燃料送入炉膛,实行再燃烧技术 还是值得研究的。由于三次风含粉量较少(占总粉量的10%-15%),为 满足再燃区过量空气系数a2<1的要求,必须对三次风进行浓缩。只要 浓缩后的三次风喷入炉膛后,形成富燃料的二次燃烧区(即再燃区), 就可生成大量CH基团,这些基团与主燃烧区生成的NOX发生反应, 最终生成N2,即可降低NOX的排放量。这就是说,将原有的燃烧方 式改造成再燃燃烧方式。这对我国大量的中间储仓式热风送粉锅炉是 值得考虑的。

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谢谢!
2013.4.10


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