煤粉爐的分級燃燒技術研究分析

摘要：在世界上，煤炭作為一種非常豐富的化石燃料資源，在世界整個化石燃料的儲量中都占據著非常重大的比例，并且，隨著社會經濟的發展與進步，為我國社會生產力的發展帶來了極大的推動作用，這樣對于煤炭資源的需求量也在逐年的提升。但是，在對煤炭資源進行利用的過程中，會會揮發出很多有毒的氣體，這樣對于人們的生命健康和生態環境就會帶來較為嚴重的傷害。因此，有效的分析和研究煤粉爐分級燃燒技術是非常必要的，需要有關部門及工作人員高度重視起來，只有這樣，才能夠促進我國的鍋爐企業向著更加合理的方向邁進。

關鍵詞：煤粉爐 分級燃燒技術 研究分析

中圖分類號： X701 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）05（a）-0000-00

隨著社會經濟的發展與進步，人們對于自身的生存環境和生命健康上提出了更高的要求。煤炭作為我們生活中一種非常重要的資源，是維系我們生活的重要所在。但是，對于其燃燒過程中排放出來的有毒氣體也需要高度的重視起來。煤粉爐的分級燃燒技術，就能夠在一定程度上解決此項問題，有效的降低NOx的排放濃度，為人們的健康生活提供相應的保證，因此，需要有關部門及工作人員高度的重視起來。

1原理的相關闡述

分級燃燒屬于一種非常有效的清潔燃燒工藝。對于一些傳統的煤粉爐燃燒系統應用分級燃燒的原理實施綜合性的改造，不但能夠將NOx的排放量有效的降低下來，同時將經濟性還能夠適當的提升上來。對此，將主燃區的氧氣濃度降低下來和在爐墻上部及爐墻的四周實施過化學形式的富養燃燒。

1.1NOx在燃煤過程中的產生

NOx在燃煤過程中的產生主要有三種機理，即為熱力型NO、染料型NO和瞬型的NO。空氣中的氧氣和氮氣間的氧化反應為熱力性NO的前提條件，在描述中，可以應用Zeldovich機理。有很高的活化功能存在與此機理當中，所以，熱力型NO的產生條件即為高溫，一般溫度都會在1400攝氏度之上，此外，熱力型的NO在產生的過程中也會受到長的停留時間和高的氧原子濃度的影響。針對一些煤粉爐只能夠滿足固態排渣直流燃燒，在全部的NO排放量當中，熱力型NO只是占據其中很少的一部分，燃料型的NO在其中會占據著非常大的比例；空氣中的氮分子是瞬態型NO的主要來源。會有一部分的CHi產生于碳氫的火焰當中，這樣氮分子在空氣當中會被轉化為NHi和HCN，之后被氧化成為NO。碳氫火焰中氮氣的濃度與碳的濃度同瞬態型NO生成量是成正比的關系。瞬態NO機理對于煤粉的燃燒應向上不大。隨著焦炭的燃盡和煤粉的熱解，就會有效的釋放出束縛在煤中的一些氮，并且向著HCN迅速的轉化，這樣一來NHi在其中就會慢慢的被形成，這樣一定的平行競爭反應就會出現在其中如下圖所示：

當有充足的氧氣濃度存在與主燃區域中時，形成的NO在其中就會占據著非常重要的位置；當沒有存在充足的氧氣濃度時，這樣就會進一步強化N2的形成，進而對NO的形成就會帶來一定的抑制作用。所以，在分級燃燒中，上述平行競爭的反應就為其奠定了相應的基礎。

通過上圖我們能夠得知，當有碳氫化合物同上升煙氣中的NO相碰撞的時候，這樣就會將其還原成HCN，進而將NO的排放量就能夠有效的降低下來。因此，通過這樣一點就能夠將一定的理論基礎為實施燃料分級燃燒提供出來。

1.2低NOx的分級理論

以上的機理能夠清晰的表明NOx在煤粉爐當中主要在高氧、高溫的主要燃燒區域當中存在著，所以，將主燃燒區域內的氧量適當的降低下來，對于阻擋NOx的產生必將會帶來非常巨大的幫助。分級燃燒主要是對送風方式進行改變，對爐內的控制分布進行合理的控制，將分區燃燒，有一定組織的構建起來。就是在爐膛軸向的基礎上，來分級空氣，這樣就會將主燃燒區域內的氧氣含量降低下來，進而對NOx的形成起到抑制的作用，同時，將燃盡風引入到爐膛上部，進而將富氧氣氛構建起來，這樣就能夠完全的燃燒其中的煤粉。然而，也會有一定的問題出現在其中，主要是爐墻會受到高溫還原性火焰的腐蝕。為了對腐蝕火墻的情況有效的去防止，在爐膛徑向的基礎上，實施空氣的分級，就是向爐墻的部分引入射向燃燒切圓的部分空氣，保證燃燒中心的缺氧氣氛和爐墻附近的氧化氣氛。

以上的分級系統，能夠有效的保護爐墻，進而就能夠有效的降低煤粉燃燒所應用的過量空氣系數，將送、引風機的功率消耗和排煙的熱損失能夠有效的降低下來。所以，對爐膛內煤粉的分級燃燒合理的進行組織，不但將NOx的排放量能夠有效的降低下來，對于爐膛內的煤粉燃燒也能夠有效的進行優化，進而將運行的經濟效益提升上來。

2分析數值

可以用Zeldovich和DeSoete的機理來一同描述煤粉燃燒過程中的熱力型NOx與燃料型NOx。有效的反應NOx生成的諸種氣體，可以用同一數量級來表示其反應湍流混合時間尺度和反應時間尺度，對于具體燃燒過程中湍流脈動對反應速度的影響上也應該認真的進行考慮。對于湍流對NOx生成的影響可以用有限反應速率二階距封閉模型進行模擬。

在相應數值計算結果的基礎上，粉煤在一次風煤粉射流前方的高溫區域當中，就會將含氮成分的NH3、HCN等物質迅速的熱解析揮發出來，當存在較大的氮氣濃度時，進而就將它們立刻的氧化為NO。所以，和別的區域進行比較，整個區域中NO的濃度將會非常的高。針對熱力型的NO ，濃度在燃燒室中的分布，也會表現出以上的特征，但是，燃料燃燒型NO要遠遠的比它高，在NO的生成總量中約占據2%左右。因此，煤粉爐的燃燒室里面，這樣湍流強烈的高溫區，就會存在于燃燒器出口的附近，也是將NO進行生成的主要位置，并且，在其中染料型NO將會占有非常重要的位置。

針對燃料型的NO，HCN的氧化速度是決定NO生成的主要因素。并且，氧氣濃度同NO將會呈現出正比例的關系。所以，對爐內的空氣分布進行調整，將主燃燒區域內的氧氣濃度降低下來，這樣對于煤粉爐中的NO生成量予以降低會帶來巨大的幫助。為了防止軸空氣分級可能造成水冷壁周圍存在還原的氣氛，針對切圓的爐體，在組織空氣分級的過程中，還可以沿爐膛徑向來完成。同湍流模式和其子過程有效的結合起來，對于徑向空切分級燃燒系統和四角切圓燃燒的煤粉爐的軸向實施三維數值的模擬。通過這樣的工作，進行了徑向和軸向的分級之后，CO的濃度在水冷壁的周圍就會小于0.1%，在6%到9%之間維持著氧氣的基本濃度，氧氣的濃度在爐膛出口處將會維持在15左右，因此，通過這樣的觀測我們可以發現，利用軸向和徑向的方式對切圓燃燒煤粉進行空氣的分級，對于爐內空氣的控制上會帶來非常巨大的幫助，這樣就能夠按照實現的目的來完成控制工作。

3系統分析

針對一些鍋爐，需要對徑向空氣和軸向空氣分級進行綜合的使用，這對爐內空氣的分布才能夠合理的進行控制，對有組織的分區燃燒才能夠予以實現，對于NOx的形成上就會帶來一定抑制作用，將結渣燒損和水冷壁的腐蝕作用還能夠有效的降低下來，并且，對鍋爐的效率上還能夠適當的予以改善。

首先，對軸向空氣進行分級，在爐膛垂直方向的前提下，對分級送風予以實施，由主燃燒區分流將15%左右的總空氣量相爐膛上方的燃盡區域分流。但是，應該把燃燒器二次風口出的面積降低到15%以下，此外，將10個左右的燃盡噴口增設到爐膛的上方，在270毫米左右對噴口的直徑進行掌控。

其次，將燃燒器分別的布置在切圓燃燒煤粉爐的四角處，有四個二次噴口、一個三次封口和三個一次風噴口一同組成每角燃燒器，按照從上到下的順序進行一次的排列。在四個上二次封口和八個中二次風噴口中將和噴口軸線為22度的導流板安裝上去，由切圓燃燒中心將15%到20%的主二次風能夠向著爐墻處偏離，進而對空氣的徑向分級予以實現，對和二次風的混合予以延緩，有效的防止產生NOx。并且還要使氧化氣氛有效的形成于爐墻的周圍處，進而對結渣和腐蝕的情況予以降低。運用內置的方式對導流板進行安裝，進而將二次風噴口的燒損情況予以降低，將其使用的壽命提升上來。通過相應的試驗證明，能夠二次風噴口的壽命提升6、7個月以上。

再次，該技術的主要應用思想分析：將主燃區域的氧氣濃度降低下來，對亞化學當量的頻養燃燒予以執行，進而防止在燃燒粉煤的過程中會產生過多的NOx濃度，本單位在對此種技術方案進行應用之前，先分析了煤的基本種類：收到基碳分：設計煤：58.99，核心煤：54.56；收到基氫分：3.57，校核煤：3.14，收到基氮分：0.80，校核煤：0.74。然后根據不同煤質制定出了詳細的方案。

將氧氣濃度在爐膛上部及爐墻附近提升上來，對化學當量的撫養燃燒予以執行，防止有高溫的還原性腐蝕會出現在過熱器和水冷壁的周圍，進而確保能夠完全的燃燒了煤粉。針對那些切圓形燃燒的煤粉爐而言，對徑向或者軸向的空氣分級進行使用，對于上述的目標能夠有效的給予完成，此外，還能夠有效的降低總的過量空氣，將排煙熱損失降低下來，將送、吸風機的能耗降低下來，對于鍋爐運行的經濟性能夠在很大程度上進行改進。

4技術討論

4.1影響軸向分級風情況

在1.12左右，對爐膛出口過剩的空氣系數進行控制，將軸向分級風的份額提升上來，將主要燃燒區域內的多余空氣系數能夠有效的降低下來，進而對抑制NOx的構成無疑會帶來非常大的幫助。在一定的負荷之下，將燃盡風份額應該盡可能的提升上來，進而使NOx在煙氣中的濃度被有效的降低下去，有效的提升脫硝的效率。

4.2影響二次風徑向的分布

將軸向分級風在70%、80%、90%，的負荷下予以關閉，對NOx受到徑向空氣分級的影響情況進行有效的測試。

二次風被徑向空氣分級劃分成兩個重要的組成部分：首先，存在于燃燒中心的四角切圓；其次，向著爐墻的位置偏離，和燃燒中心保持一定的距離。這樣對于煤和空氣的混合不但能夠有效的延緩，減緩了NOx的產生，也能夠有效的保證爐墻周圍氧化的氣氛，將爐墻的結渣和腐蝕有效的降低下來。

4.3影響爐膛過量空氣系統的情況

通過上圖我們能夠清晰發現，總的過剩空氣系數在爐的內部盡管從1.25降低到了1.08，但是，CO的濃度在過熱器和水冷壁的周圍還是長期的保持這很低的情況。這就能夠有效的證明，將徑向空氣分級和軸向空氣分級有效的應用到切圓燃燒煤粉鍋爐中，對于爐內的空氣分布能夠非常合理的組織起來，進而將總的過剩空氣系統能夠有效的降低下來。對這種措施進行使用，對于NOx排放量能夠有效的降低下來，同時，對于防止爐墻的結渣和腐蝕也會帶來非常巨大的幫助。同時，有效的降低了爐內的一些過剩空氣系數，將引、送機的能耗和排煙損失情況能夠有效的降低下來，對于鍋爐的經濟性和效率在一定程度上能夠有效的予以改善，進而使鍋爐系統在應用的過程中能夠更加的科學、規范。

5結語

隨著社會經濟的不斷發展與進步，極大的推動了我國的工業化發展水平，在一些行業的發展中離不開煤炭資源的支撐，但是，對于煤炭資源在燃燒過程中產生的一些污染物我們也需要高度的重視起來。對此，文章通過上文對煤粉爐的分級燃燒技術的相關內容進行了詳細的分析與闡述，對于四角切圓燃燒的煤粉爐、固態形式的排渣情況，其排放量在一定的程度上就是由燃料型NOx的排放量所決定的。根據相關的試驗和數據的計算我們能夠明確，針對以上的兩種情況，對于爐內的軸向和徑向的空氣分級要合理的組織起來，不但能夠將主燃區域的氧量降低下來，對于抑制NOx的產生也會帶來極大的幫助。

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