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煤粉爐新疆低氮燃燒原理

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煤粉爐新疆低氮燃燒原理

發布日期:2018-04-04 作者: 點擊:

    氮氧化物的生成與溫度有密切的關系,一般火焰溫度越高,氮氧化物的生成越多,反之亦然,這也是流化床爐得以環保的原因之一。新疆低氮燃燒器一般把一次風分成濃淡兩股,濃相在內,更靠近火焰中心;淡相在外,貼近水冷壁。濃相在內著火時,火焰溫度相對較高,但是氧氣比相對較少,故生成的氮氧化物的幾率相對減少;淡相在外,氧氣比相對較大,但由于距火焰高溫區域較遠,溫度相對較低,故氮氧化物的生成也不會很多。 根據氮氧化合物生成機理,影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區段氧濃度、燃燒產物在高溫區停留時間和煤的特性,而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有兩個方面:降低火焰溫度,防止局部高溫;降低過量空氣系數和氧濃度,使煤粉在缺氧的條件下燃燒。用改變燃燒條件的方法來降低NOx的排放,統稱為低NOx燃燒技術。在各種降低NOx排放的技術中,低NOx燃燒技術采用最廣、相對簡單、經濟并且有效。

新疆低氮燃燒目前主要有以下幾種:

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條件下進行,隨著煙氣中過量氧的減少,可以抑制NOx的生成。這是一種最簡單的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15-20%。但如爐內氧濃度過低(3%以下),會造成濃度急劇增加,增加化學不完全燃燒熱損失,引起飛灰含碳量增加,燃燒效率下降。因此在鍋爐設計和運行時,應選取最合理的過量空氣系數。

2 空氣分級燃燒

基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成。在第一階段,將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總燃燒空氣量的70-75%(相當于理論空氣量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時第一級燃燒區內過量空氣系數α<1,因而降低了燃燒區內的燃燒速度和溫度水平。因此,不但延遲了燃燒過程,而且在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應率,抑制了NOx在這一燃燒中的生成量。為了完成全部燃燒過程,完全燃燒所需的其余空氣則通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口OFA(over fire air)――稱為"火上風"噴口送入爐膛,與第一級燃燒區在"貧氧燃燒"條件下所產生的煙氣混合,在α>1的條件下完成全部燃燒過程。由于整個燃燒過程所需空氣是分兩級供入爐內,故稱為空氣分級燃燒法。這一方法彌補了簡單的低過量空氣燃燒的缺點。在第一級燃燒區內的過量空氣系數越小,抑制NOx的生成效果越好,但不完全燃燒產物越多,導致燃燒效率降低、引起結渣和腐蝕的可能性越大。因此為保證既能減少NOx的排放,又保證鍋爐燃燒的經濟性和可*性,必須正確組織空氣分級燃燒過程。若用空氣分級燃燒方法改造現有煤粉爐,應對前墻或前后墻布置燃燒器的原有爐膛進行改裝,將頂層燃燒器改作"火上風"噴口,將原來由頂層燃燒器送入爐膛的煤粉中形成富燃料燃燒,從而NOx生成。可降低15-30%。新設計的鍋爐可在燃燒器上方設"火上風"噴口。

3 燃料分級燃燒

在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完全燃燒產物CO、H2、C和CnHm時,會發生NO的還原反應,反應式為

 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

利用這一原理,將80-85%的燃料送入第一級燃燒區,在α>1條件下,燃燒并生成NOx。送入一級燃燒區的燃料稱為一次燃料,其余15-20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區,在α<1的條件下形成很強的還原性氣氛,使得在一級燃燒區中生成的NOx在二級燃燒區內被還原成氮分子,二級燃燒區又稱再燃區,送入二級燃燒區的燃料又稱為二次燃料,或稱再燃燃料。在再燃區中不僅使得已生成的NOx得到還原,還抑制了新的NOx的生成,可使NOx的排放濃度進一步降低。一般,采用燃料分級可使Nox的排放濃度降低50%以上。在再燃區的上面還需布置"火上風"噴口,形成第三級燃燒區(燃盡區),以保證再燃區中生成的未完全燃燒產物的燃盡。這種再燃燒法又稱為燃料分級燃燒。燃料分級燃燒時所使用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料,例如煤粉爐可以利用煤粉作為二次燃料。但目前煤粉爐更多采用碳氫類氣體或液體燃料作為二次燃料,這是因為和空氣分級燃燒相比,燃料分級燃燒在爐膛內需要有三級燃燒區,這合行燃料和煙氣在再燃區內的儀時間相對較短,所以二次燃料宜于選用煤粉作為二次燃料,也要采用高揮發分易燃的煤種,而且要磨得更細。在采用燃料分級燃燒時,為了有效地降低NOx排放,再燃區是關鍵。因此需要研究在再燃區中影響Nox濃度值的因素。

4 煙氣再循環

目前使用較多的還有煙氣再循環法,它是在鍋爐的空氣預熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐內,或與一次風或二次風混合后送入爐內,這樣不但可降低燃燒溫度,而且也降低了氧氣濃度,進而降低了NOx的排放濃度,。從空氣預熱器前抽取溫度較低的煙氣,通過再循環風機將抽取的煙氣送入空氣煙氣混合器,和空氣混合后一起送入爐內,再循環煙氣量與不采用煙氣再循環時的煙氣量之比,稱為煙氣再循環率。煙氣再循環法降低NOx排放的效果與燃料品種和煙氣再循環有關。經驗表明,煙氣再循環率為15-20%時,煤粉爐的NOx排放濃度可降低25%左右。NOx的降低率隨著煙氣再循環率的增加而增加。而且與燃料種類和燃燒溫度有關。燃燒溫度越高,煙氣再循環率對NOx降低率的影響越大。

電站鍋爐和煙氣再循環率一般控制在10-20%。當采用更高的煙氣再循環率時,燃燒會不穩定,未完全燃燒熱損失會增加。另外采用煙氣再循環時需加裝再循環風機、煙道,還需要場地,增大了投資,系統復雜。對原有設備進行改裝時還會受到場地的限制。煙氣再循環法可在一臺鍋爐上單獨使用,也可和其它低NOx燃燒技術配合使用,可用來降低主燃燒器空氣的濃度,也可用來輸送二次燃料。需進行技術經濟比較。

    5 低NOx燃燒器

    煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統中的關鍵設備。不但煤粉是通過燃燒器送入爐膛,而且煤粉燃燒所需的空氣也是通過燃燒器進入爐膛的。從燃燒的角度看,燃燒器的性能對煤粉燃燒設備的可*性和經濟性起著主要作用。從NOx的生成機理看,占NOx絕大部分的燃料型NOx是在煤粉的著火階段生成的,因此,通過特殊設計的燃燒器結構以及通過改變燃燒器的風煤比例,可以將前述的空氣分級、燃料分級和煙氣再循環降低NOx濃度的大批量用于燃燒器,以盡可能地降低著火氧的濃度適當降低著火區的溫度達到最大限度地抑制NOx生成的目的,這就是低NOx燃燒器。低NOx燃燒器得到了廣泛的開發和應用,世界各國的大鍋爐公司,為使其鍋爐產品滿足日益嚴格的NOx排放標準,分別開發了不同類型的低NOx燃燒器,可達到NOx降低率一般在30-60%。

    6 煤粉爐的低NOx燃燒系統

    為更好地降低NOx的排放量和減少飛灰含碳量,很多公司將低NOx燃燒器和爐膛低NOx燃燒(空氣分級、燃料分級和煙氣再循環)等組合在一起,構成一個低低NOx燃燒系統。  

    7 液態排渣爐的低NOx燃燒

    目前旋風爐、切向燃燒液態爐和U型火焰液態爐仍有大量設備在運行。現代化的大型液態排渣爐主要是采用U型火焰燃燒方式。在不采取降低NOx的措施時,其Nox排放值一般均超過2000mg/Nm3,所以近年電站煤粉爐多傾向于固態排渣滬。其主要降低NOx的措施有:

  a) 采用WS型低NOx燃燒器,并采用再循環煙氣和一次風或二次風混合以使著火區成為富燃料燃燒區,可使NOx降低25%。

  b) 增設三次風。當采用煙氣再循環并取三次風份額為20%時,鍋爐的NOx排放量可降至1000mg/Nm3以下。

  c) 使用細顆粒煤粉

    8 層燃爐降低NOx排放的方法

    使用最普遍的層燃爐是鏈條爐。鏈條爐燃料層燃燒過程本身存在著類似于空氣分級燃燒的特點,其NOx排放比煤粉爐低得多,在450mg/Nm3以下。可以采用適用于煤粉爐的低NOx燃燒技術。如采用低過量空氣系數,可降低20%;如在除塵器后將再循環煙氣引入爐膛內,可降低20%;采用燃料分級燃燒時,可降低50%。

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