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(shù)。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(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)都有危害，所以超低NOX燃燒器技術(shù)是很重要的，大大提高了超低NOX燃燒器的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】 超低NOX燃燒器 技術(shù) 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(chǎn)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(yàn)結(jié)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(yīng)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(chǎn)物反應(yīng)使NO還原成NO2。實(shí)際上除了這些反應(yīng)外，NO還可以與各種含氮化合物生成NO2。在實(shí)際燃燒裝置中反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，[NO2]/[NO]比例很小，即NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2很少，可以忽略。

2 低NOX燃燒技術(shù)

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(shí)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。通常可下降NOx排放15-20%。但如爐內(nèi)氧濃度過低（3%以下），會導(dǎo)致濃度迅速加多，添加化學(xué)不完全燃燒熱虧損，導(dǎo)致飛灰含碳量添加，燃燒效率降低。所以在鍋爐設(shè)計(jì)與運(yùn)營時，要采用最適合的過量空氣系數(shù)。

2.2 空氣分級燃燒

空氣分級燃燒技術(shù)是將燃燒所需的空氣分級送入爐內(nèi)，使燃料在爐內(nèi)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?cè)紵諝饬康?0-75%（相當(dāng)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(nèi)過量空氣系數(shù)α<1，因而降低了燃燒區(qū)內(nèi)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(fēng)噴口送入爐膛與第一級所產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(yīng)，反應(yīng)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(shù)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)的低過剩空氣系數(shù)（α≤1.2）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(qiáng)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(fēng)，在正常的過剩空氣（α=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(jù)降低NOx的燃燒技術(shù)，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(jù)分級燃燒原理設(shè)計(jì)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(dāng)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(yùn)用助燃空氣的壓頭，把部分燃燒煙氣吸回，進(jìn)入燃燒器，和空氣混合燃燒。因?yàn)闊煔庠傺h(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(nèi)進(jìn)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(xué)當(dāng)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(xué)當(dāng)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(shù)個小火焰，由于小火焰散熱面積大，火焰溫度較低，使“熱反應(yīng)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(yīng)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(diǎn)集合起來，以某種爐型為研究對象，從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、空氣動力學(xué)等角度出發(fā)，采用試驗(yàn)和數(shù)值的模擬方法，研究NOX形成的機(jī)理，從而設(shè)計(jì)出適合我國國情的、確實(shí)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(jìn)行思考是為了NOX的排放能夠下降，并結(jié)合爐內(nèi)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(jī)組的煙氣排放達(dá)到天然氣機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)，即二氧化硫不超過35毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米、氮氧化物不超過50毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米、煙塵不超過5毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米（廣州市“50355”工程由此而來）。進(jìn)入2014年7月，被稱為“史上最嚴(yán)”的中國火電大氣污染排放新標(biāo)準(zhǔn)開始執(zhí)行，頭頂這一環(huán)保“緊箍咒”，不少中國煤電企業(yè)開始探路天然氣標(biāo)準(zhǔn)的超低排放。國家近期出臺的NOX排放新標(biāo)準(zhǔn)是100mg/Nm3（50ppm），伴隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，優(yōu)化老機(jī)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(biāo)，近年持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，并積極向用戶推介新技術(shù)，與客戶合作對機(jī)組進(jìn)行改造升級，以降低能耗，提高出力，保障機(jī)組安全可靠性，為用戶提供“全生命周期”的服務(wù)。在擁有成熟、領(lǐng)先的技術(shù)和產(chǎn)品基礎(chǔ)上，鍋爐與高校、科研院所合作持續(xù)提高產(chǎn)品性能，優(yōu)化協(xié)同控制技術(shù)，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(shù)方案，對改造機(jī)組提出了技術(shù)路線：根據(jù)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(jié)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(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)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(xiàn)

[1]姜涌，夏明明，覃紹亮，陳振宇.熱力型NO_x的抑制[J].電站系統(tǒng)工程，2005（03）.

[2]童大懋.水泥窯的NOx排放（續(xù)）[J].河南建材，2000（04）.