低氮燃燒技術(shù)的分析及應(yīng)用

吳光躍

摘要：隨著我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，對于能源的需求在不斷地加大。在工業(yè)上，火電廠作為重要的能源來源，對生產(chǎn)的發(fā)展起到了重要的作用。但是在生產(chǎn)中，由于氮氧化物的排放，嚴(yán)重的影響了生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與人們的生命健康。因此，需要加強(qiáng)其技術(shù)的改進(jìn)。文章通過對低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行綜合的分析，并對其改造技術(shù)進(jìn)行了闡述，以期能夠提供一個借鑒。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒；技術(shù)；分析；應(yīng)用

導(dǎo)言：

氮氧化物（NOx）是造成大氣污染的主要污染物之一，也是“十三五”期間需要重點治理的主要污染物之一。NOx的排放會給自然界和人類活動帶來嚴(yán)重危害，包括對人體的制毒作用、對植物的損害作用、形成酸雨或酸霧、與碳?xì)浠衔锟尚纬晒饣瘜W(xué)煙霧、破壞臭氧層等[1]。我國NOx污染范圍和程度已相當(dāng)嚴(yán)重，其中電廠的NOx排放是主要源頭之一，煙氣脫氮技術(shù)已經(jīng)成為大氣污染防治的重要課題。

1低氮燃燒技術(shù)產(chǎn)生原理

在火力發(fā)電廠鍋爐燃燒產(chǎn)生的氮氧化物中通常包含著2種成分，一中是NO2，含量大概在5%-10%左右，剩下的大量的是NO，含量在90%左右，占大部分。氮氧化物中的NO在氧氣的作用下就會生成NO2，在鍋爐中NO的形成通常分為如下三種方式：

1.1熱力類型的NO

熱力類型的NO，通常是由于空氣中的氮氣和氧氣在高溫下產(chǎn)生，在鍋爐中經(jīng)過燃燒生成NOX，而在該類型下影響空氣中氮轉(zhuǎn)化為為當(dāng)氧化物的各種影響因子中，溫度占了相當(dāng)大的一個因素，據(jù)一項研究表明，當(dāng)鍋爐中的燃燒溫度高于1500攝氏度的時候NO生成量會成指數(shù)規(guī)律性的速效增加，其他的幾個因素，包括在高溫下停留的時間，氧氣的濃度大小都與NO的形成成正比，如果減少在高溫下的停留的時間，降低氧氣的濃度的時候就可以在一定范圍內(nèi)降低NOX產(chǎn)生的數(shù)量。

1.2快速類型的NO

快速類型的NO產(chǎn)生的原理是氮分子在鍋爐內(nèi)火焰的邊緣燃燒的時候快速的形成的，通常需要在碳?xì)浠衔锏膮⑴c中完成，影響因子同樣為氧氣的含量還有鍋爐內(nèi)溫度的含量，在溫度升高的時候，轉(zhuǎn)化率逐漸提高，但是通過實驗發(fā)現(xiàn)快速類型產(chǎn)生的NO在鍋爐中所有氮氧化物中的比例只有不到5%，所以一般可以忽略不做考慮。

1.3燃料類型的NO

燃料型類型的NO產(chǎn)生的方式是以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在鍋爐燃燒過程中被氧化而生成的。其生成溫度為600～700攝氏度，化石燃料中的氮通常是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的NOX的最主要的來源，通常燃料類型的NO相比其他類型的NO更加容易的生成。通常在鍋爐中的NOX的60%～80%是由于燃料燃燒形成的，燃料中的氮比空氣中的氮容易生NO，在實際生產(chǎn)中由于燃煤種類的不同，燃燒產(chǎn)生氣體中的含氮量有所不同。

2低氮燃燒技術(shù)在燃?xì)怆姀S中的應(yīng)用

2.1福建某燃?xì)怆姀S

2.1.1企業(yè)概況

電廠建設(shè)4套350MW級（9F級）單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。每套機(jī)組包括1臺干式低氮燃?xì)廨啓C(jī)、1臺蒸汽輪機(jī)、1臺無補(bǔ)燃三壓再熱型余熱鍋爐、1臺發(fā)電機(jī)以及相關(guān)的附屬和輔助設(shè)備。

2.1.2廢氣處理系統(tǒng)簡介

該廠一期4套350MW級單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以天然氣為燃料，采用日本三菱生產(chǎn)的干式低氮燃燒器，煙氣通過65米高煙囪排放。煙氣在線監(jiān)測裝置為廈門格瑞斯特環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)，布置在余熱鍋爐附屬樓，可實時測量NOx、SO2、CO、CO2、O2等組分。

2.1.3廢氣抽樣監(jiān)測結(jié)果及評價

選取一天中的兩個時段進(jìn)行抽樣監(jiān)測，該廠1#、2#和3#機(jī)組煙囪廢氣監(jiān)測結(jié)果及評價如下：

2.2深圳某燃?xì)怆姀S

2.2.1企業(yè)概況

該廠擁有美國GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組兩套。總裝機(jī)容量59.5萬千瓦，年生產(chǎn)發(fā)電能力約20億度，是深圳最大的燃機(jī)調(diào)峰電廠之一。

2.2.2廢氣處理系統(tǒng)簡介

兩套發(fā)電機(jī)組以天然氣為燃料，采用低氮燃燒技術(shù)。兩套機(jī)組煙氣在線自動監(jiān)測裝置由深圳世紀(jì)天源環(huán)保公司生產(chǎn)，目前運行正常。

3技術(shù)改造方案

在低氮燃燒技術(shù)階段，某公司熱電廠4號鍋爐需改造或更換現(xiàn)有低氮燃燒器LNB，降低燃燒過程中NOx的生成量；增設(shè)一套燃盡風(fēng)SOFA系統(tǒng)，進(jìn)一步降低燃燒過程中生成的NOx。本次改造主要包括三部分內(nèi)容：

3.1一次風(fēng)改造內(nèi)容

（1）移除全部濃淡分離器；（2）減小噴嘴面積，保持高寬比；（3）保持內(nèi)部鈍體不變；（4）增加兩塊內(nèi)部水平隔板；（5）同時減小連接風(fēng)管接口尺寸；（6）周界風(fēng)出口保持不變，周界風(fēng)寬度變?yōu)?5。

3.2二次風(fēng)改造內(nèi)容

（1）減小OFA層噴嘴尺寸；（2）減小CC層噴嘴尺寸；（3）減小AB層噴嘴尺寸；（4）OFA、CC、AB增加兩塊內(nèi)部垂直隔板夾角為10°和15°，以保證風(fēng)向。

3.3燃燒器改造

低氮燃燒器用于控制每一個燃燒器的燃料和空氣的混合，燃料和空氣分級送入燃燒設(shè)備，其特點在于降低初始燃燒區(qū)域內(nèi)的氧濃度，從而也相應(yīng)的降低火焰峰值溫度，達(dá)到了較少NOx的形成目的。在噴口水平中線裝有傾斜裝置，增加燃燒的傾斜區(qū)域來實現(xiàn)深度分級，燃燒器噴口四周的平衡周界風(fēng)，延遲一二次風(fēng)的混合，這些區(qū)域可以進(jìn)一步阻止燃料中的N形成NOx。富燃料區(qū)域的存在使火焰最高溫度被降低，從而減少了熱力型NO的形成。為了在較低的飛灰含碳量下獲得較低的NOx濃度，煤粉分布盤布置在煤粉噴嘴入口至燃燒器之間的彎頭位置的下游。煤粉分布盤對煤粉流有很好的濃縮作用，使來流煤粉更集中于燃燒器的中軸線形成一個特殊的風(fēng)包粉狀態(tài)，這樣的煤粉流噴入爐膛內(nèi)，從煤粉流中心形成一個較大欠氧燃燒的火焰，使初始燃燒的NOx生成率更低，同時風(fēng)包粉的煤粉流使切圓燃燒的煤粉遠(yuǎn)離爐膛四壁避免結(jié)渣。

3.4新加裝SOFA噴嘴及風(fēng)道

被燃燒器導(dǎo)向的燃燒空氣在爐膛下部形成富燃料區(qū)，煤在低氧區(qū)揮發(fā)，迫使燃料里的氮形成N2而不是NO。在進(jìn)入鍋爐對流區(qū)之前，缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與燃盡風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的高動量的氣流在爐膛上部混合，使燃料完全燃燒。

結(jié)束語

隨著我國NOX排放總量的逐年上升，由此造成的環(huán)境污染也不斷加劇，對NOX的控制迫在眉睫。低NOX燃燒技術(shù)投資低，且有較好的效果與運行經(jīng)驗，特別是低氮氧化物燃燒器與空氣分級燃燒的聯(lián)合使用，效果更佳；煙氣脫硝技術(shù)中SCR和SNCR具有較多的商業(yè)化運行業(yè)績，且脫硝效率較高。我國NOX控制起步較晚，低NOX燃燒系統(tǒng)是在進(jìn)口燃燒器的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)研制的，煙氣脫硝技術(shù)也是剛剛起步。我國應(yīng)在廣泛采用低NOX燃燒器與空氣分級燃燒聯(lián)合使用等低NOX燃燒的基礎(chǔ)上，加快煙氣脫硝示范工程的建設(shè)，廣泛開展國際合作，在引進(jìn)消化國外煙氣脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，盡快實現(xiàn)煙氣脫硝國產(chǎn)化，降低煙氣脫硝的投資與運行費用，從而有效控制NOX的排放，推動國民經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王廣盛，趙顯坤，桂永亮.工業(yè)鍋爐NOx污染及防治[J].石油化工環(huán)境保護(hù)，2017，26（2）：52-54.

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[3]環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2018.