低氮燃燒技術在對沖燃燒鍋爐上的應用

肖冠華

摘 要：隨著我國經濟的不斷增長，對能源消費問題越來越重視。目前，氮氧化物已被列入我國環保十二規劃的要求，氮能源的減排是社會各界密切關注的問題，低氮燃燒技術又被稱作煙氣脫銷技術，其目的是改善沖燃鍋爐中的燃燒條件，讓燃料完全的進行充分燃燒，并在燃燒過程中產生更多的能量，以此減少NOx的排放量。文章主要介紹低氮燃燒技術的分類及低氮燃燒技術在沖燃鍋爐應用上的必要性和解決措施。

關鍵詞：低氮燃燒技術；氮氧化物；低NOx燃燒器

中圖分類號：TK229 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0147-02

前言

改革開放以來，國家對氮能源的需求不斷增加，但氮能源燃燒會大量排放NOx，對人民群眾的身體健康和環境有重大影響，據相關資料顯示，到2020年時，我國NOx的排放量將超越美國，成為第一大氮氧化物排放國，預計比2000年的1777萬噸NOx排放量多500到900萬噸，因此需要嚴格控制NOx的排放量，廣泛應用低氮燃燒技術。

1 低氮燃燒技術應用的必要性

隨著我國工業化、城鎮化的不斷深入，大氣污染越來越嚴峻，能源和資源消耗量逐年增加，事關人民群眾的根本利益，環境保護刻不容緩，對大氣污染的防治、空氣質量的改善，是民生之本、轉型之需、發展之要。能夠有一個清潔的呼吸環境，更是人民群眾多年的熱切期盼。有部分企業解讀國家政策法規、響應貫徹文件精神，積極宣揚用科學的方法，有效改善環境空氣質量以及在先進低氮燃燒技術等方面進行了推廣和深入研究；同時以國家相關政策為契機，共同探討運用相關政策、結合低氮節能技術和低氮鍋爐產品，為管理、研發、設計、生產、銷售以及使用單位等各方面搭建交流、溝通、合作的橋梁和平臺，發揮社會各界的力量，共同推動大氣污染防治，推廣先進的低氮節能技術，促進行業健康可持續發展，達到共創共贏的目的。

低氮燃燒技術的應用開創了通過合理改變和組織爐內煤粉的燃燒方式，其氮氧化物排放量的降低是國際最領先的技術和業績，它的性能指標不變，電站鍋爐的正常運行得以保障，并促進我國低氮燃燒技術的進一步深入發展，使我國的低氮燃燒技術在國際上達到了領先水準。目前，該項技術已被多數企業所使用并獲得顯著的經濟效益。

2 氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機制

N2O、NO2、NO，N2O是氮能源在鍋爐燃燒過程中的主要氧化物，占總含量的比例約為1%，NO2約占總含量的2%～10%，而NO所占總含量高達的90%以上，是鍋爐燃燒過程中產生的含量最多。由此可見氮氧化物NOx的含量比例差異與燃燒條件相關聯系。在鍋爐工作中，燃燒型、熱力型和快速型是NOx主要的三種生產機理。

2.1 燃燒型

眾所周知，600℃～800℃之間是氮能源燃料中氮化合物的熱分解溫度，在中間環節上，其含有的氮化合物在高溫環境下被分解成，N、氰化氫、氰化等產物，這幾種產物又被氧化成NOx。氮能源在煤粉鍋爐燃燒過程中主要由兩個階段組成，一是，氮能源在燃燒過程發生揮發性燃燒，二是，氮能源在鍋爐燃燒過程中持續進行焦炭燃燒。由此可見，N、氰化氫、氰化等產物被氧化后生成的NOx與揮發性燃燒、焦炭燃燒具有緊密聯系。因此NOx被稱為燃燒型NOx，同時它也是氮能源燃料在鍋爐中的完全燃燒及不完全燃燒的產生。

2.2 熱力型

若要生成熱力型NOx，就一定要在高溫條件下進行燃燒，氮能源才能在燃燒過程中產生N的氧化反應，同時也是燃燒生成的NOx在鍋爐中的一系列連鎖效應。NOx的產生含量及所占比例隨溫度的改變而改變，比如，在高溫條件下，NOx的產生速度和產量比在低溫條件的速度和產量高，所以，溫度才是影響空氣中O、N轉化為NOx的必要因素。

2.3 快速型

當氮能源燃料局部濃度過高時，其附近燃燒區的氮能源燃料就會迅速生成Ox，這就是快速型NOx的生成過程。只有在高溫條件下，碳氫自由基由碳氫化合物才能夠被快速分解和產生，同時碳氫自由基由碳氫化合物又與空氣中的氮氣相結合并反應生成N2和氰化氫，隨即，空氣中含有的O2，以極為快速的方式與N2和氰化氫結合同時產生反應，最后生成快速型NOx。當溫度變化不明顯時，NOx生成量與爐膛壓力呈正相關走向。以下是NOx的生成含量及其比例在鍋爐需要考慮的因素：

（1）氮燃料自身的物理及化學特征。（2）鍋爐工作時的高溫燃燒的溫度范圍。（3）燃燒區內煙氣中N2、O2等物質的含氮量，氮能源燃料與空氣中氮及氧氣之間的混合比例。（4）氮能源燃料在火焰區和爐膛高溫內的停留反應時間。

3 低氮燃燒技術在沖燃鍋爐中的應用

能源燃燒產生大量污染，于是國家推行低氮燃燒技術，改變傳統的燃燒技術，達到燃料的清潔燃燒，降低污染。降低燃燒中NOx的排放量。目前應用最廣泛并且有效的方法是燃燒控制技術，它簡單易行，投資少，其控制技術原理是通過改變燃燒條件及燃燒結構的方法來減少NOx的排放量。其中包括：低氧燃燒技術、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環、低NOx燃燒器等方法。下面主要介紹三種低氮燃燒技術：

3.1 低氧燃燒技術

由于NOx是隨著爐內空氣量的增加而產生，所以為了降低鍋爐內熱造成的損耗，減少NOx的產生，需要爐內的空氣含量低到一定程度。但在工業鍋爐生產工作中，低氧燃燒技術也將造成一些不良問題，比如可能引起碳、炭黑污染物等代謝物質的堆積，燃燒效率也相對降低。所以當爐內空氣含量高于最低空氣含量值，達到過剩狀態時，要密切注意爐熱效率、燃燒效率等，減少NOx的產生也要盡量避免熱效率的降低。

3.2 空氣分級燃燒技術

空氣分級燃燒技術包括：水平方向空氣分級燃燒技術和垂直方向燃燒技術，其主要原理是燃料在爐內燃燒時，分級將所需的空氣依次送入爐內，使燃料能夠在爐內分級分段燃燒，其氧濃度對燃燒區內各種類型的NOx生成都有很大影響。能夠將燃燒區的空氣量減少到全部燃燒所需空氣量的70%左右，依據以下原理，當過量空氣系數á<1，燃燒區處于“貧氧燃燒”狀態時，抑制NOx的生成量有顯著效果，不僅降低燃燒區的溫度水平，還能減少燃燒區的氧濃度。因此，抑制NOx的生成，推遲燃燒過程是第一燃燒區的主要作用。為了整個燃燒過程的順利完成，第一級所產生的煙氣將與從燃燒器上面的燃燼風噴口進入爐膛內燃燒所需的其余空氣相混合。endprint

3.3 燃料分級燃燒

燃料分級技術是在燃燒時與理論空氣相接近的狀態下的兩段燃燒裝置中進行的。兩段燃燒是指燃料所需的空氣分兩次通入，第一次，約占空氣總量5%～10%，燃燒通常在富燃料缺氧的情況下進行，一方面能夠形成了一個較低的燃燒區，另一方面能夠使燃料的表層溫度下降，進而也能降低NOx的生成量，并將燃料析出的揮發分還原低氧燃燒區的NOx。第二部分是在低的溫度區域內進行，將剩余的空氣送入，能夠使第一次剩余的CO、碳氫化合物等不完全燃燒產物全部燃燒。在兩次空氣供應之后，煙氣溫度的有所下降，盡管氧氣的剩余含量過多，NOx也未能大量的生成，最終將其有效的抑制。高溫條件下的兩次燃燒均有效的抑制了氮氧化物NOx所產生的生產量，達到了減少了NOx的最終產量的目標。為了使不完全燃燒的產品可以完全燃燒，有必要在重新燃燒區設置燃盡風噴口。

3.4 低NOx燃燒器

低NOx燃燒器是指燃料在燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器，低NOx燃燒器的主要作用是氮氧化物的排放量在燃料燃燒過程中被降低。燃燒過程中NO主要來源于兩個方面，首先，燃燒所用空氣（助燃空氣）中氮的氧化；其次，燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解后再氧化。

3.5 煙氣再循環利用技術

煙氣再循環利用技術是減少NOx生成的有效途徑。而機理是將已經冷卻的部分煙氣循環利用，多次循環往復后送到燃燒區，重復的次數多，一方面可以讓主燃區的工作溫度有所提高，同時還能有效抑制NO生成，降低O2濃度，另一方面能夠達到高熱效率最佳的效果，在這種狀態下生成NOx的減少效果最好，同時使煙氣循環率控制在5%～20%的之內。

4 結束語

時代在不斷發展，國家大力投資環保項目上，人民群眾的環保意識越來越強烈，但我國的人口眾多，對于能源的消耗和浪費數量巨大，能夠有效的降低氮氧化物對大氣污染的的排放排放量，具有十分重要的意義。經過世界各國多年研究，低氧化燃燒技術取得了一定成果，并在有效的降低NOx的排放量上得到了廣泛的應用。因此，研究低氮燃燒技術在沖燃鍋爐上的應用至關重要，推廣低氮燃燒技術迫在眉睫，所以，要爭取在科學的管理下控制氮氧化物的低排放量，實現節能減排的目標。

參考文獻：

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