煤粉爐的分級燃燒技術(shù)研究分析

摘要：在世界上，煤炭作為一種非常豐富的化石燃料資源，在世界整個化石燃料的儲量中都占據(jù)著非常重大的比例，并且，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，為我國社會生產(chǎn)力的發(fā)展帶來了極大的推動作用，這樣對于煤炭資源的需求量也在逐年的提升。但是，在對煤炭資源進(jìn)行利用的過程中，會會揮發(fā)出很多有毒的氣體，這樣對于人們的生命健康和生態(tài)環(huán)境就會帶來較為嚴(yán)重的傷害。因此，有效的分析和研究煤粉爐分級燃燒技術(shù)是非常必要的，需要有關(guān)部門及工作人員高度重視起來，只有這樣，才能夠促進(jìn)我國的鍋爐企業(yè)向著更加合理的方向邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：煤粉爐 分級燃燒技術(shù) 研究分析

中圖分類號： X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2015）05（a）-0000-00

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對于自身的生存環(huán)境和生命健康上提出了更高的要求。煤炭作為我們生活中一種非常重要的資源，是維系我們生活的重要所在。但是，對于其燃燒過程中排放出來的有毒氣體也需要高度的重視起來。煤粉爐的分級燃燒技術(shù)，就能夠在一定程度上解決此項問題，有效的降低NOx的排放濃度，為人們的健康生活提供相應(yīng)的保證，因此，需要有關(guān)部門及工作人員高度的重視起來。

1原理的相關(guān)闡述

分級燃燒屬于一種非常有效的清潔燃燒工藝。對于一些傳統(tǒng)的煤粉爐燃燒系統(tǒng)應(yīng)用分級燃燒的原理實施綜合性的改造，不但能夠?qū)Ox的排放量有效的降低下來，同時將經(jīng)濟(jì)性還能夠適當(dāng)?shù)奶嵘蟻怼Υ耍瑢⒅魅紖^(qū)的氧氣濃度降低下來和在爐墻上部及爐墻的四周實施過化學(xué)形式的富養(yǎng)燃燒。

1.1NOx在燃煤過程中的產(chǎn)生

NOx在燃煤過程中的產(chǎn)生主要有三種機(jī)理，即為熱力型NO、染料型NO和瞬型的NO。空氣中的氧氣和氮氣間的氧化反應(yīng)為熱力性NO的前提條件，在描述中，可以應(yīng)用Zeldovich機(jī)理。有很高的活化功能存在與此機(jī)理當(dāng)中，所以，熱力型NO的產(chǎn)生條件即為高溫，一般溫度都會在1400攝氏度之上，此外，熱力型的NO在產(chǎn)生的過程中也會受到長的停留時間和高的氧原子濃度的影響。針對一些煤粉爐只能夠滿足固態(tài)排渣直流燃燒，在全部的NO排放量當(dāng)中，熱力型NO只是占據(jù)其中很少的一部分，燃料型的NO在其中會占據(jù)著非常大的比例；空氣中的氮分子是瞬態(tài)型NO的主要來源。會有一部分的CHi產(chǎn)生于碳?xì)涞幕鹧娈?dāng)中，這樣氮分子在空氣當(dāng)中會被轉(zhuǎn)化為NHi和HCN，之后被氧化成為NO。碳?xì)浠鹧嬷械獨獾臐舛扰c碳的濃度同瞬態(tài)型NO生成量是成正比的關(guān)系。瞬態(tài)NO機(jī)理對于煤粉的燃燒應(yīng)向上不大。隨著焦炭的燃盡和煤粉的熱解，就會有效的釋放出束縛在煤中的一些氮，并且向著HCN迅速的轉(zhuǎn)化，這樣一來NHi在其中就會慢慢的被形成，這樣一定的平行競爭反應(yīng)就會出現(xiàn)在其中如下圖所示：

當(dāng)有充足的氧氣濃度存在與主燃區(qū)域中時，形成的NO在其中就會占據(jù)著非常重要的位置；當(dāng)沒有存在充足的氧氣濃度時，這樣就會進(jìn)一步強化N2的形成，進(jìn)而對NO的形成就會帶來一定的抑制作用。所以，在分級燃燒中，上述平行競爭的反應(yīng)就為其奠定了相應(yīng)的基礎(chǔ)。

通過上圖我們能夠得知，當(dāng)有碳?xì)浠衔锿仙裏煔庵械腘O相碰撞的時候，這樣就會將其還原成HCN，進(jìn)而將NO的排放量就能夠有效的降低下來。因此，通過這樣一點就能夠?qū)⒁欢ǖ睦碚摶A(chǔ)為實施燃料分級燃燒提供出來。

1.2低NOx的分級理論

以上的機(jī)理能夠清晰的表明NOx在煤粉爐當(dāng)中主要在高氧、高溫的主要燃燒區(qū)域當(dāng)中存在著，所以，將主燃燒區(qū)域內(nèi)的氧量適當(dāng)?shù)慕档拖聛恚瑢τ谧钃鮊Ox的產(chǎn)生必將會帶來非常巨大的幫助。分級燃燒主要是對送風(fēng)方式進(jìn)行改變，對爐內(nèi)的控制分布進(jìn)行合理的控制，將分區(qū)燃燒，有一定組織的構(gòu)建起來。就是在爐膛軸向的基礎(chǔ)上，來分級空氣，這樣就會將主燃燒區(qū)域內(nèi)的氧氣含量降低下來，進(jìn)而對NOx的形成起到抑制的作用，同時，將燃盡風(fēng)引入到爐膛上部，進(jìn)而將富氧氣氛構(gòu)建起來，這樣就能夠完全的燃燒其中的煤粉。然而，也會有一定的問題出現(xiàn)在其中，主要是爐墻會受到高溫還原性火焰的腐蝕。為了對腐蝕火墻的情況有效的去防止，在爐膛徑向的基礎(chǔ)上，實施空氣的分級，就是向爐墻的部分引入射向燃燒切圓的部分空氣，保證燃燒中心的缺氧氣氛和爐墻附近的氧化氣氛。

以上的分級系統(tǒng)，能夠有效的保護(hù)爐墻，進(jìn)而就能夠有效的降低煤粉燃燒所應(yīng)用的過量空氣系數(shù)，將送、引風(fēng)機(jī)的功率消耗和排煙的熱損失能夠有效的降低下來。所以，對爐膛內(nèi)煤粉的分級燃燒合理的進(jìn)行組織，不但將NOx的排放量能夠有效的降低下來，對于爐膛內(nèi)的煤粉燃燒也能夠有效的進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而將運行的經(jīng)濟(jì)效益提升上來。

2分析數(shù)值

可以用Zeldovich和DeSoete的機(jī)理來一同描述煤粉燃燒過程中的熱力型NOx與燃料型NOx。有效的反應(yīng)NOx生成的諸種氣體，可以用同一數(shù)量級來表示其反應(yīng)湍流混合時間尺度和反應(yīng)時間尺度，對于具體燃燒過程中湍流脈動對反應(yīng)速度的影響上也應(yīng)該認(rèn)真的進(jìn)行考慮。對于湍流對NOx生成的影響可以用有限反應(yīng)速率二階距封閉模型進(jìn)行模擬。

在相應(yīng)數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，粉煤在一次風(fēng)煤粉射流前方的高溫區(qū)域當(dāng)中，就會將含氮成分的NH3、HCN等物質(zhì)迅速的熱解析揮發(fā)出來，當(dāng)存在較大的氮氣濃度時，進(jìn)而就將它們立刻的氧化為NO。所以，和別的區(qū)域進(jìn)行比較，整個區(qū)域中NO的濃度將會非常的高。針對熱力型的NO ，濃度在燃燒室中的分布，也會表現(xiàn)出以上的特征，但是，燃料燃燒型NO要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的比它高，在NO的生成總量中約占據(jù)2%左右。因此，煤粉爐的燃燒室里面，這樣湍流強烈的高溫區(qū)，就會存在于燃燒器出口的附近，也是將NO進(jìn)行生成的主要位置，并且，在其中染料型NO將會占有非常重要的位置。

針對燃料型的NO，HCN的氧化速度是決定NO生成的主要因素。并且，氧氣濃度同NO將會呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系。所以，對爐內(nèi)的空氣分布進(jìn)行調(diào)整，將主燃燒區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度降低下來，這樣對于煤粉爐中的NO生成量予以降低會帶來巨大的幫助。為了防止軸空氣分級可能造成水冷壁周圍存在還原的氣氛，針對切圓的爐體，在組織空氣分級的過程中，還可以沿爐膛徑向來完成。同湍流模式和其子過程有效的結(jié)合起來，對于徑向空切分級燃燒系統(tǒng)和四角切圓燃燒的煤粉爐的軸向?qū)嵤┤S數(shù)值的模擬。通過這樣的工作，進(jìn)行了徑向和軸向的分級之后，CO的濃度在水冷壁的周圍就會小于0.1%，在6%到9%之間維持著氧氣的基本濃度，氧氣的濃度在爐膛出口處將會維持在15左右，因此，通過這樣的觀測我們可以發(fā)現(xiàn)，利用軸向和徑向的方式對切圓燃燒煤粉進(jìn)行空氣的分級，對于爐內(nèi)空氣的控制上會帶來非常巨大的幫助，這樣就能夠按照實現(xiàn)的目的來完成控制工作。

3系統(tǒng)分析

針對一些鍋爐，需要對徑向空氣和軸向空氣分級進(jìn)行綜合的使用，這對爐內(nèi)空氣的分布才能夠合理的進(jìn)行控制，對有組織的分區(qū)燃燒才能夠予以實現(xiàn)，對于NOx的形成上就會帶來一定抑制作用，將結(jié)渣燒損和水冷壁的腐蝕作用還能夠有效的降低下來，并且，對鍋爐的效率上還能夠適當(dāng)?shù)挠枰愿纳啤?/p>

首先，對軸向空氣進(jìn)行分級，在爐膛垂直方向的前提下，對分級送風(fēng)予以實施，由主燃燒區(qū)分流將15%左右的總空氣量相爐膛上方的燃盡區(qū)域分流。但是，應(yīng)該把燃燒器二次風(fēng)口出的面積降低到15%以下，此外，將10個左右的燃盡噴口增設(shè)到爐膛的上方，在270毫米左右對噴口的直徑進(jìn)行掌控。

其次，將燃燒器分別的布置在切圓燃燒煤粉爐的四角處，有四個二次噴口、一個三次封口和三個一次風(fēng)噴口一同組成每角燃燒器，按照從上到下的順序進(jìn)行一次的排列。在四個上二次封口和八個中二次風(fēng)噴口中將和噴口軸線為22度的導(dǎo)流板安裝上去，由切圓燃燒中心將15%到20%的主二次風(fēng)能夠向著爐墻處偏離，進(jìn)而對空氣的徑向分級予以實現(xiàn)，對和二次風(fēng)的混合予以延緩，有效的防止產(chǎn)生NOx。并且還要使氧化氣氛有效的形成于爐墻的周圍處，進(jìn)而對結(jié)渣和腐蝕的情況予以降低。運用內(nèi)置的方式對導(dǎo)流板進(jìn)行安裝，進(jìn)而將二次風(fēng)噴口的燒損情況予以降低，將其使用的壽命提升上來。通過相應(yīng)的試驗證明，能夠二次風(fēng)噴口的壽命提升6、7個月以上。

再次，該技術(shù)的主要應(yīng)用思想分析：將主燃區(qū)域的氧氣濃度降低下來，對亞化學(xué)當(dāng)量的頻養(yǎng)燃燒予以執(zhí)行，進(jìn)而防止在燃燒粉煤的過程中會產(chǎn)生過多的NOx濃度，本單位在對此種技術(shù)方案進(jìn)行應(yīng)用之前，先分析了煤的基本種類：收到基碳分：設(shè)計煤：58.99，核心煤：54.56；收到基氫分：3.57，校核煤：3.14，收到基氮分：0.80，校核煤：0.74。然后根據(jù)不同煤質(zhì)制定出了詳細(xì)的方案。

將氧氣濃度在爐膛上部及爐墻附近提升上來，對化學(xué)當(dāng)量的撫養(yǎng)燃燒予以執(zhí)行，防止有高溫的還原性腐蝕會出現(xiàn)在過熱器和水冷壁的周圍，進(jìn)而確保能夠完全的燃燒了煤粉。針對那些切圓形燃燒的煤粉爐而言，對徑向或者軸向的空氣分級進(jìn)行使用，對于上述的目標(biāo)能夠有效的給予完成，此外，還能夠有效的降低總的過量空氣，將排煙熱損失降低下來，將送、吸風(fēng)機(jī)的能耗降低下來，對于鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性能夠在很大程度上進(jìn)行改進(jìn)。

4技術(shù)討論

4.1影響軸向分級風(fēng)情況

在1.12左右，對爐膛出口過剩的空氣系數(shù)進(jìn)行控制，將軸向分級風(fēng)的份額提升上來，將主要燃燒區(qū)域內(nèi)的多余空氣系數(shù)能夠有效的降低下來，進(jìn)而對抑制NOx的構(gòu)成無疑會帶來非常大的幫助。在一定的負(fù)荷之下，將燃盡風(fēng)份額應(yīng)該盡可能的提升上來，進(jìn)而使NOx在煙氣中的濃度被有效的降低下去，有效的提升脫硝的效率。

4.2影響二次風(fēng)徑向的分布

將軸向分級風(fēng)在70%、80%、90%，的負(fù)荷下予以關(guān)閉，對NOx受到徑向空氣分級的影響情況進(jìn)行有效的測試。

二次風(fēng)被徑向空氣分級劃分成兩個重要的組成部分：首先，存在于燃燒中心的四角切圓；其次，向著爐墻的位置偏離，和燃燒中心保持一定的距離。這樣對于煤和空氣的混合不但能夠有效的延緩，減緩了NOx的產(chǎn)生，也能夠有效的保證爐墻周圍氧化的氣氛，將爐墻的結(jié)渣和腐蝕有效的降低下來。

4.3影響爐膛過量空氣系統(tǒng)的情況

通過上圖我們能夠清晰發(fā)現(xiàn)，總的過剩空氣系數(shù)在爐的內(nèi)部盡管從1.25降低到了1.08，但是，CO的濃度在過熱器和水冷壁的周圍還是長期的保持這很低的情況。這就能夠有效的證明，將徑向空氣分級和軸向空氣分級有效的應(yīng)用到切圓燃燒煤粉鍋爐中，對于爐內(nèi)的空氣分布能夠非常合理的組織起來，進(jìn)而將總的過剩空氣系統(tǒng)能夠有效的降低下來。對這種措施進(jìn)行使用，對于NOx排放量能夠有效的降低下來，同時，對于防止?fàn)t墻的結(jié)渣和腐蝕也會帶來非常巨大的幫助。同時，有效的降低了爐內(nèi)的一些過剩空氣系數(shù)，將引、送機(jī)的能耗和排煙損失情況能夠有效的降低下來，對于鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和效率在一定程度上能夠有效的予以改善，進(jìn)而使鍋爐系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中能夠更加的科學(xué)、規(guī)范。

5結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，極大的推動了我國的工業(yè)化發(fā)展水平，在一些行業(yè)的發(fā)展中離不開煤炭資源的支撐，但是，對于煤炭資源在燃燒過程中產(chǎn)生的一些污染物我們也需要高度的重視起來。對此，文章通過上文對煤粉爐的分級燃燒技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析與闡述，對于四角切圓燃燒的煤粉爐、固態(tài)形式的排渣情況，其排放量在一定的程度上就是由燃料型NOx的排放量所決定的。根據(jù)相關(guān)的試驗和數(shù)據(jù)的計算我們能夠明確，針對以上的兩種情況，對于爐內(nèi)的軸向和徑向的空氣分級要合理的組織起來，不但能夠?qū)⒅魅紖^(qū)域的氧量降低下來，對于抑制NOx的產(chǎn)生也會帶來極大的幫助。

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