低氮燃燒技術一次措施的應用及改造

丁鴻禮,孫學忠,李　紅,張偉嶺（.青島鐵路紅宇建設集團有限公司;　.青島匯承集控自動化工程有限公司,山東　青島　66000）

低氮燃燒技術一次措施的應用及改造

丁鴻禮1,孫學忠1,李紅2,張偉嶺2
（1.青島鐵路紅宇建設集團有限公司;2.青島匯承集控自動化工程有限公司,山東青島266000）

摘要：本文介紹了NOx的生成機理，分析了低氮燃燒的兩種控制措施，并將燃燒中NOx的控制（一次措施）作為研究的重點，解剖一次措施，并針對其中的問題提出改造的建議。

關鍵詞：低氮燃燒；一次措施；改造設計

隨著我國經濟的迅猛發展，國內工業對于能源的需求及消耗直線上升，同時氮氧化物（以下稱NOx）的排放也是造成了嚴重的污染問題，為此我國制定了控制NOx排放的嚴格標準，低氮燃燒技術已然成為環保的熱點課題。目前低氮燃燒技術的研究主要分為兩部分：一次措施，即燃燒過程中控制NOx生成的措施；二次措施，即燃燒后控制NOx還原的措施。

1　NOx的生成機理

由于燃燒中NOx生成的機理不同，可以分為三種：熱力型NOx、燃料型NOx以及瞬態型NOx。

熱力型NOx指的是空氣中的氮在1500℃以上高溫時與氧氣反應生成的NOx，這種反應遵循阿累尼烏斯定律，NOx的生成速度與溫度的升高成正比例，而在溫度低于1500℃時，NOx基本不會產生氧化反應。

燃料型NOx指的是燃料自身所固有的氮化合物通過燃燒在600-800℃時產生的形態，燃料型NOx的生成很大程度上與燃料的特性、結構以及燃燒的條件有密切關系，燃料型NOx比熱力型NOx更加容易形成。

瞬態型NOx指的是氮分子在碳氫化合物的影響下，轉化形成的NOx，它所占的分量微乎其微，一般不作為研究對象。

2　一次措施的分類

NOx的控制分為三部分，燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制，但是由于燃燒前控制難度較大基本上僅處于研究階段，并沒有實際的應用，所以業界基本上將燃燒前的控制排除，僅保留兩部分即燃燒中控制和燃燒后控制。

通過對NOx生成機理的分析能夠得出抑制燃燒中NOx生成的技術主要應當集中在以下幾個方面，控制燃燒區的溫度，降低氧的濃度，縮短燃料在高溫區的時間。燃燒后脫硝主要方法是SCR技術、SNCR技術以及SCR-SNCR混合技術。本文將抑制燃燒中NOx生成的技術作為研究重點。

2.1空氣分級燃燒技術

空氣分級燃燒技術主要分為兩種，垂直分級和水平分級。垂直分級指的是將空氣總量的10%-20%從主燃燒器中抽離出來，通過燃燒器的上部送進爐膛，這部分空氣被稱為燃燼風（OFA），這樣由于對原有的空氣做了部分抽離，主燃燒區的氧的含量得到降低，從而NOx也就減少了生成，同時燃燒的溫度得到了控制，熱力型NOx排量也就得到控制。水平分級指的是控制二次風和一次風的混合程度，將二次風的噴射與一次風形成不同角度的切線，從而實現空氣的分級。

2.2燃料分級燃燒技術

燃料分級燃燒也被稱為三級燃燒技術，指的是將燃料燃燒分為三個區域，主燃燒區通過燃燒生成NOx，然后將再燃燃料送入還原區，在高溫和還原性氣氛（過剩空氣系數α<1）下，形成的碳氫原子團與NOx進行反應，生成N2，然后將再燃燃料送進燃燼區，在燃燼風的幫助下充分燃燒。燃料分級燃燒技術比空氣分級燃燒技術效果要明顯，燃料分級將爐膛分為三個區域，這樣縮短了燃料在高溫區內的逗留時間。

3　一次措施的改造設計

一次措施主要集中在空氣分級燃燒和燃料分級燃燒兩方面，由于這兩種技術可操作性強、成本低的特點，使得兩種技術成為應用最廣泛的低氮燃燒技術。

3.1低氮燃燒器型式選擇

低氮燃燒器的設計主要分為兩種類型：旋流式和直流式，這兩種類型所應用的場合也有所區別，旋流式主要通過雙調二次風以達到低氮燃燒的目的，而直流式主要應用在四角切圓的煤粉鍋爐上，也是應用最廣的類型，它主要通過控制煤粉的濃淡分離來實現低氮燃燒目的。

3.2邊界風的改造設計

邊界風的改造主要集中在四角切圓的鍋爐上，邊界風的作用是能夠提高水冷壁區域的氧濃度，降低了飛灰可燃物的含量，防止水冷壁管的結焦，降低了因高溫造成的腐蝕傾向。

3.3燃燼風噴口改造

在傳統鍋爐系統的主燃燒器上層一般都會有燃燼風（OFA）噴口，這種噴口一般都會反切來減弱爐膛內部氣流旋轉的程度，在原有鍋爐結構基礎上進行改造，盡量弄夠將舊物再利用。

4　低氮燃燒技術改造的影響因素

在進行低氮燃燒技術改造時不單單要考慮技術的可行度，還要考慮其他多方面的因素，如改造的價格、施工量和工期、改造者的指標承諾等都是考慮對象。

首先，改造的價格是關鍵因素，并不是按照改造價格合適就可以進行改造設計的，對于電廠來講要考慮的是本年度的支出計劃、資金狀況等，而對于改造者來講，價格因素不僅僅是獲利的多少，還需要考慮成本、人工等多種因素。

其次，電廠的有嚴格的業績指標，而進行低氮燃燒技術改造所耗費的工期長短直接影響業績的成敗，因為在進行技術改造中是無法正常進行生產的，那就需要等待工期完成，這也往往是電廠等生產單位不愿進行技術改造的原因。

最后，生產者進行技術改造前要考慮改造者提出指標承諾，主要包含：改造后鍋爐NOx的排放值；鍋爐運行參數保證、煙氣生成量、排煙溫度等等。

5　結語

低氮燃燒技術有兩個層面，一次措施，這是本文研究的重點；二次措施，這是脫硝技術的重要方面。本文首先分析了NOx生成機理，這有助于進一步了解低氮燃燒技術的工作原理，從而有利于技術改造的研究。在燃煤過程中會排放大量的污染物，但是在眾多污染物中，只有NOx可以通過燃燒加以控制，所以研究低氮燃燒技術有助于環境的保護，有很強的必要性和可行性。

參考文獻：

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