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低氮燃燒原理

發(fā)布時(shí)間：

2020-06-08 09:45

來源：

作者：

誰為天空再添一抹藍(lán)色？

隨著國民意識(shí)的覺醒和國家政策的約束力加強(qiáng)，國家的環(huán)保機(jī)構(gòu)檢查力度越來越大。低氮鍋爐設(shè)備的日益盛行，極大保證了人們居住環(huán)境的有害氣體不超標(biāo)，有利于企業(yè)朝著良性的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷完善，低碳鍋爐還將為人類、社會(huì)和環(huán)境帶來更深遠(yuǎn)的意義。減少NOx排放是改善環(huán)境空氣質(zhì)量的需要，近年來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，典型特征污染物PM2.5出現(xiàn)較大超標(biāo)比例和區(qū)域性長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重超標(biāo)情況，改善環(huán)境空氣質(zhì)量面臨巨大挑戰(zhàn)。減少NOx排放是改善空氣環(huán)境質(zhì)量的重要任務(wù)之一，因此燃?xì)忮仩t低氮改造是非常有必要的。數(shù)十年來，金沙將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于燃燒領(lǐng)域，將節(jié)能環(huán)保理念貫徹于研發(fā)和生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)。金沙通過數(shù)字化燃燒管理，有效的節(jié)省能源，減少污染物的排放，為我們的天空越來越藍(lán)貢獻(xiàn)一份力量。

一、傳統(tǒng)的天然氣鍋爐燃燒器通常NOx排放值在120~150mg/m³左右。而普通低氮燃燒器通常NOx排放值在30~80mg/m³左右。超低氮燃燒器通常NOx排放值在30mg/m3以下。

傳統(tǒng)燃燒器的高NOx排放主要源于下述幾個(gè)原因：

1.為了保證燃燒充分，采用了較大的過剩空氣；

2.燃燒溫度通常在1700度左右；

二、NOX生成機(jī)理

燃?xì)馊紵傻臒煔庵蠳OX主要是NO，反應(yīng)： O2 + N2 = 2NO － 180kJ

煙氣中NOX的種類：

（1）熱力型（溫度型）NOX：空氣及燃料中N，在高溫下生成；

（2）快速型NOX：碳?xì)浠衔锶紵?當(dāng)燃料過濃時(shí)在反應(yīng)區(qū)會(huì)快速生成NO。

（3）燃料型NOX：煤中氮化物熱分解和氧反應(yīng)生成NO。

燃?xì)馊紵芍饕菬崃π蚇OX,即主要來源于空氣及燃料中N，在高溫下生成的煙氣NOX，造成環(huán)境污染。

三、控制熱力型NO生成的方法

1. 降低燃燒溫度水平；

2. 降低氧氣濃度，在濃燃料下燃燒；

3. 縮短煙氣在高溫區(qū)內(nèi)停留時(shí)間；

4. 使燃燒在遠(yuǎn)離 α=1的條件下進(jìn)行。

現(xiàn)有的低氮燃燒技術(shù)主要圍繞如何降低燃燒溫度、減少熱力型NOx生成開展的，同時(shí)考慮通過初期快速混合以減少快速型NOx生成。其主要技術(shù)包括分級(jí)燃燒（包括空氣分級(jí)、燃料分級(jí)）、金屬表面預(yù)混燃燒、煙氣再循環(huán)（包括煙氣外循環(huán)、煙氣內(nèi)循環(huán)）

四、根據(jù)用戶要求，我公司可提供各種燃?xì)獾牡偷紵鳎ㄌ烊粴狻⒔範(fàn)t煤氣、高爐煤氣、液化氣、沼氣、工業(yè)尾氣等，且在助燃風(fēng)溫度＜300℃的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)NOx排放小于80mg/Nm3的指標(biāo)。

五、我公司根據(jù)配套設(shè)備的功率，分為兩類

1）功率大于4.2MW配套設(shè)備的低氮燃燒器采用煙氣再循環(huán)技術(shù)和分級(jí)燃燒技術(shù)，可減少70% NOx排放，CO排放未增加，會(huì)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，與循環(huán)率相關(guān)；由于比熱的差異，CO2作為稀釋劑比N2更有效地降低NOx ，在燃料側(cè)與空氣側(cè)稀釋均能有效降低NOx生成，我公司多個(gè)低氮燃燒器現(xiàn)場(chǎng)反饋表明在空氣側(cè)稀釋更有效。采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，NOx排放可小于30mg/Nm³。

隨煙氣再循環(huán)率增加，會(huì)造成1）輻射換熱量減小；2）對(duì)流換熱量增加3）在煙氣無冷凝時(shí)（排煙溫度大于120℃），隨煙氣再循環(huán)率增加，排煙溫度升高，4）鍋爐效率有一定下降。

2）對(duì)于功率小于4.2MW配套設(shè)備的低氮燃燒器采用全預(yù)混金屬纖維表面燃燒技術(shù) ，其利用火焰分割降溫原理和較高的空氣過剩系數(shù)，降低火焰溫度，通過改變局部流速，精準(zhǔn)的控制混風(fēng)量，使燃?xì)馀c空氣完全預(yù)混后，再進(jìn)入燃燒的過程，最大限度的降低了NOX的生成量，逐漸成為低氮燃燒技術(shù)的領(lǐng)先路線。采用全預(yù)混金屬纖維表面燃燒技術(shù)，NOx排放小于30mg/Nm³；

FGR技術(shù)問題：

①降低火焰的燃燒溫度和氧濃度，會(huì)產(chǎn)生或多或少量的CO，使得鍋爐的熱效率和燃燒系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性也隨之下降，并導(dǎo)致產(chǎn)生二次污染，易引起鍋爐震動(dòng)。隨著循環(huán)煙氣流量的增加，爐膛或煙道的振蕩易通過燃燒器本體及循環(huán)煙氣FGR管道直接影響燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以循環(huán)煙氣流量并不是越大越好，通常，應(yīng)小于總煙氣量的25% 。調(diào)試時(shí)，需根據(jù)配套爐型的爐膛直徑、長(zhǎng)度、運(yùn)行壓力及時(shí)調(diào)整火焰的直徑、長(zhǎng)度，并配合調(diào)節(jié)旋流風(fēng)、直流風(fēng)、回配風(fēng)之間的關(guān)系，避免因火焰直徑過大，沖撞爐膛內(nèi)壁，引起爐膛震動(dòng)。還需充分結(jié)合火焰的燃燒狀況、顏色、爐膛溫度及氧含量分析儀中氧含量、CO含量、NOX含量等參數(shù)綜合調(diào)節(jié)燃燒空燃比、回配煙氣閥K值。

②風(fēng)機(jī)入口處/混風(fēng)箱處易出現(xiàn)冷凝水，由于濕熱的煙氣與較低溫度的助燃風(fēng)混合，容易產(chǎn)生冷凝水，可能侵蝕燃燒器的內(nèi)部元件，并影響燃燒效果。當(dāng)然這取決于煙氣和助燃風(fēng)的溫度狀況，若冷凝水較大時(shí)，必要情況下可以考慮將FGR管路加保溫、預(yù)留冷凝水排放口以及助燃風(fēng)預(yù)熱。

③可能會(huì)影響系統(tǒng)出力，由于需要另增加摻入約10~30%的循環(huán)煙氣到總煙氣量中，并進(jìn)入到蒸汽鍋爐內(nèi)部，所以就需要請(qǐng)鍋爐廠提前核對(duì)鍋爐本體、預(yù)熱器/省煤器、冷凝器及后續(xù)設(shè)備煙氣程的流通面積是否可以容納該部分煙氣；若煙阻過大，超出最大可容納范圍，將會(huì)引起鍋爐整套系統(tǒng)的震動(dòng)。

④爐膛溫度擬控制在1000℃以下，請(qǐng)鍋爐廠核對(duì)爐內(nèi)換熱面積在該溫度下是否可以滿足設(shè)計(jì)出力。（由于蒸汽鍋爐最初可能不是按照低氮設(shè)計(jì)的，受熱面布置的比例可能與低氮形式的爐子有所不同，因此可能會(huì)影響蒸汽鍋爐的實(shí)際出力）如果原系統(tǒng)日常的大部分時(shí)問都工作在滿負(fù)荷，則 FGR改造后可能出力不夠，此時(shí)不建議做 FGR改造。

⑤使用高精準(zhǔn)線性關(guān)系，位置反饋準(zhǔn)確的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或配套電動(dòng)執(zhí)行器，以保證精準(zhǔn)調(diào)節(jié)K值比例關(guān)系，增大低氮調(diào)節(jié)范圍，實(shí)現(xiàn)可靠的自動(dòng)化比例調(diào)節(jié)。

⑥檢測(cè)時(shí)需根據(jù)爐型確定氧基準(zhǔn)：

對(duì)于鍋爐：氧含量<3.5%；對(duì)于導(dǎo)熱油爐：氧含量控制在5%以下，最大不能超過6%。

針對(duì)氧含量分析儀的測(cè)點(diǎn)位置：盡量靠近爐膛出口，漏風(fēng)系數(shù)偏小處，不選在煙囪上。

檢測(cè)值轉(zhuǎn)換：

質(zhì)量濃度（mg/m³）=（31.6/22.4）*體積濃度(ppm) * (273/273+T煙) * （21-O2基準(zhǔn)）/（21-O2實(shí)測(cè)）

關(guān)鍵詞：

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

FGR低氮技術(shù)存在的問題

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