低氮燃燒技術(shù)在對(duì)沖燃燒鍋爐上的應(yīng)用研究

陳科峰

摘 要：文章分析低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用的必要性和作用，對(duì)氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機(jī)制進(jìn)行研究，并針對(duì)其形成機(jī)理提出了幾種目前比較常用的低氮燃燒技術(shù)，本文簡要介紹了這些技術(shù)在對(duì)沖燃燒鍋爐上的應(yīng)用情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒技術(shù);對(duì)沖燃燒鍋爐;應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.076

1 引言

在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，我國社會(huì)對(duì)各種能源的需求量在不斷增加，在各種能源形式中，含氮能源是比較重要的類型，且需求量急劇增加。但是在含氮能源的使用過程中會(huì)產(chǎn)生數(shù)量較多的NOx，對(duì)周圍環(huán)境以及居民健康造成危害。因此需要在對(duì)沖燃燒鍋爐上進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx排放量的有效控制，滿足我國提出的環(huán)境保護(hù)要求。

2 低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用的必要性

在我國目前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和工業(yè)化以及城鎮(zhèn)化水平不斷提高和深入的過程中，能源消耗量不斷增加而且污染物的排放量也隨之增加，環(huán)境污染以及治理問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問題，是關(guān)系到人們居住環(huán)境以及人們切身利益的重要問題。目前我國在各個(gè)行業(yè)中提出節(jié)能減排策略的同時(shí)，針對(duì)氮能源的使用行業(yè)，相關(guān)企業(yè)在對(duì)國家政策進(jìn)行解讀并且對(duì)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行利用之后，提出了采用低氮燃燒技術(shù)來對(duì)NOx排放量進(jìn)行控制的方法，并且同時(shí)加大對(duì)低氮鍋爐產(chǎn)品的應(yīng)用，對(duì)社會(huì)各界力量進(jìn)行充分發(fā)揮來推動(dòng)我國大氣污染防治工作的推進(jìn)。低氮燃燒技術(shù)就是對(duì)爐內(nèi)煤粉的燃燒方式進(jìn)行合理改變和組織，通過先進(jìn)的技術(shù)來降低其NOx排放量的技術(shù)，且盡量不改變其性能指標(biāo)，保證鍋爐的正常運(yùn)行。

3 氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機(jī)制

3.1 燃料型

氮能源在鍋爐燃燒中會(huì)產(chǎn)生不同形式的NOx，其中以N2O、NO2、NO為主，其中N2O的比例約為1%，NO2的比例約為2%～10%，其余的則主要為NO，且主要是在鍋爐燃燒的過程中產(chǎn)生的。所以氮能源燃燒過程中產(chǎn)生NOx中，不同物質(zhì)的比例與燃燒條件有著較大的關(guān)系。對(duì)于主要的燃料型氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理來說，通常氮能源會(huì)在溫度超過600～800℃時(shí)發(fā)生熱分解，并且主要的分解產(chǎn)物為N、氰化氫以及其他產(chǎn)物，在外界因素影響下會(huì)被氧化為NOx。對(duì)其燃燒過程進(jìn)行分析可知，其主要是在燃燒過程中由于揮發(fā)性燃燒以及進(jìn)行持續(xù)焦炭燃燒的過程中產(chǎn)生，且會(huì)在完全燃燒以及不完全燃燒情況下產(chǎn)生。

3.2 熱力型

在一定的高溫條件下（爐溫約1400℃及以上），空氣中的氮?dú)鈺?huì)和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化物，即為熱力型，其產(chǎn)物的種類以及產(chǎn)量會(huì)隨著溫度的變化而變化，即溫度是影響空氣中的O和N向NOx轉(zhuǎn)變的必要因素。

3.3 快速型

在氮能源進(jìn)行燃燒的過程中出現(xiàn)局部燃料濃度過高的現(xiàn)象就是迅速生成NOx，此過程只有在一定的高溫條件下才會(huì)出現(xiàn)，主要是發(fā)生了碳?xì)渥杂苫疤細(xì)浠衔镞M(jìn)行快速分解和產(chǎn)生的過程，會(huì)與空氣中的N2結(jié)合并生成氰化氫，并且與空氣中的O2進(jìn)行快速反應(yīng)而生成NOx。如果燃燒過程中鍋爐內(nèi)的溫度變化不大，其生成量通常與爐膛壓力有著直接關(guān)系，而且NOx中不同成分含量的不同是由氮能源的自身物理和化學(xué)特征;鍋爐燃燒時(shí)的高溫范圍;煙氣中N2和O2等物質(zhì)中的含氮量;火焰區(qū)和爐膛高溫內(nèi)的停留反應(yīng)時(shí)間等有關(guān)系。

4 低氮燃燒技術(shù)在對(duì)沖燃鍋爐中的應(yīng)用

4.1 低氧燃燒技術(shù)

對(duì)氮能源燃燒過程中產(chǎn)生NOx的機(jī)理進(jìn)行分析可知，爐內(nèi)空氣量的增加會(huì)導(dǎo)致氮氧化物生成量的增加，因此可以根據(jù)此原理將鍋爐燃燒中其內(nèi)部空氣含量進(jìn)行控制，以此來減少鍋爐內(nèi)燃燒造成的熱損耗以及NOx的產(chǎn)量。但是此種技術(shù)的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致碳、炭黑等污染物質(zhì)的增加和堆積，以及燃燒效率的下降。因此需要在鍋爐燃燒過程中對(duì)最低空氣含量進(jìn)行控制，在保證有效的熱效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx產(chǎn)量的控制。

4.2 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

空氣分級(jí)燃燒技術(shù)主要分為水平方向空氣分級(jí)以及垂直方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)兩種，其主要原理就是在鍋爐燃燒過程中將所需要的空氣分次向爐中進(jìn)行輸送，通過分段燃燒來對(duì)燃燒區(qū)域中的氧含量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx產(chǎn)量的控制。也就是對(duì)其燃燒過程中所需空氣量的控制來實(shí)現(xiàn)燃燒區(qū)中的貧氧燃燒，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒區(qū)溫度水平的降低以及氧濃度的減少來實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx的抑制。而且在此燃燒和控制過程中，需要將第一級(jí)產(chǎn)生的煙氣與燃燒器上面的燃燼風(fēng)噴口進(jìn)入爐膛內(nèi)的空氣進(jìn)行混合來繼續(xù)使用。

4.3 燃料分級(jí)燃燒技術(shù)

此技術(shù)主要是在兩段燃燒裝置中進(jìn)行，就是將空氣分為兩次輸入，第一次通入5%～10%的空氣，使燃料在缺氧的情況下進(jìn)行燃燒并形成一個(gè)較低的燃燒區(qū)，使得燃料表層的溫度降低來減少NOx的生成，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)揮發(fā)性燃燒所產(chǎn)生的NOx進(jìn)行控制。然后此環(huán)境下將剩余的空氣通入，將剩余的不完全燃燒物進(jìn)行全部燃燒，雖然會(huì)剩余較多的氧氣，但是確保了對(duì)NOx生成的控制，而且在第二次通入空氣時(shí)可在燃燼區(qū)對(duì)燃盡風(fēng)噴口進(jìn)行設(shè)置。

4.4 低NOx燃燒器的使用

此種燃燒器就是在燃料燃燒時(shí)對(duì)氮氧化物的排放量進(jìn)行控制和降低，重點(diǎn)是對(duì)燃燒所用空氣中氮的氧化以及燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解之后的再氧化進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx的控制。

4.5 煙氣再循環(huán)利用技術(shù)

此種方法就是對(duì)NOx生成的途徑進(jìn)行減少和控制，將煙氣進(jìn)行冷卻之后進(jìn)行重復(fù)循環(huán)利用，通過增加重復(fù)使用的次數(shù)來提高主燃區(qū)的工作溫度，并降低氧氣濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)NO的控制，而且在滿足最佳熱效率的同時(shí)，減少所生成的NOx，并將煙氣循環(huán)率控制在5%～20%的范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

隨著我國能源需求量和消耗量的不斷增加，環(huán)境污染問題逐漸引起人們的關(guān)注。針對(duì)氮能源使用中產(chǎn)生的大氣污染問題，需要在對(duì)沖燃燒鍋爐上進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用，而且經(jīng)過對(duì)此技術(shù)在對(duì)沖燃燒鍋爐上的應(yīng)用可以看出，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)NOx排放量的有效控制，未來需要對(duì)此技術(shù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步深化節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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