煙氣循環與低氮燃燒對鍋爐煙氣氮氧化物脫除的影響

崔一芳

摘要：研究了采用煙氣循環技術和低氮燃燒技術對鍋爐煙氣氮氧化物脫除的影響。主要通過對兩種工藝的詳細分析和對比實驗的方法對氮氧化物的脫除效率進行了研究。結果表明：在只應用煙氣循環技術的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脫除率約為52%;在單一應用低氮燃燒技術的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脫除率約為47%;同時應用兩種方法，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脫除率約為61%;由此可見，同時應用煙氣循環與低氮燃燒技術大大有益于鍋爐煙氣氮氧化物的降低。

關鍵詞：鍋爐;煙氣循環;低氮燃燒;脫硝

唐鋼現有130t/h、75t/h發電鍋爐若干座，煙氣氮氧化物大約在190-230mg/m3之間，目前降低鍋爐煙氣氮氧化物的主要方法有煙氣再循環技術、低氮燃燒技術、選擇性催化還原法、催化分解法、生物處理、液體吸收等方法。為了降低鍋爐煙氣氮氧化物濃度，同時考慮改造成本與最終排放效果，認為煙氣循環技術與低氮燃燒技術具有明顯的優勢。因此結合生產實際情況，分別應用兩種技術進行改造。

1. 背景

研究顯示，由氮元素和氧元素構成的化合物幾乎都對人體有毒害作用，直接吸入會引發多種疾病，常見的有呼吸系統疾病和代謝性疾病。氮氧化物與紫外線結合產生光化學污染，可對人的眼睛造成灼傷，同時氮氧化物與水結合也會形成酸雨，對植被、土壤造成不同程度的破壞。

1.1 煙氣循環

鍋爐煙氣中所排放的氮氧化物絕大部分源于煤炭的燃燒，主要有一氧化氮和二氧化氮所組成，其中一氧化氮占比較大，約有90%，并且近年來鍋爐產生的氮氧化物排放量不斷上升，對社會的危害性極大。

煙氣循環技術被廣泛采用，他主要是通過提取一部分通向空氣預熱器的煙氣，使得其在鍋爐爐內再次燃燒，被第二次利用，利用惰性氣體能夠帶走一部分熱量的同時降低爐內氧濃度，從而達到控制火焰的溫度，使其燃燒不至于太快，這樣可以一定程度上降低氮氧化物的產生。采用煙氣循環方式降低氮氧化物的方法效率很高，大約每回收五分之一左右的煙氣，氮氧化物排放量能夠降低四分之一左右。這是比較常用的降低氮氧化物的方法，不過其缺點是占地較大，需要獨立設備。

1.2 低氮燃燒

低氮燃燒技術是一種燃燒過程中的控制技術，包括空氣分級燃燒和燃料分級燃燒?？諝夥旨壢紵饕菍⒊跏歼M入爐膛的煤粉先在少量空氣中燃燒，以減少氧濃度有助于控制氮氧化物的生成，其余空氣由上方噴口送入爐膛，煤粉繼續燃燒。

低氮燃燒主要通過控制燃燒火焰溫度峰值、限制在火焰峰值區和反應區內氧氣含量、控制高溫區停留時間以及煙氣再循環等方法來減少氮氧化物的生成。

2. ?理論依據

2.1 ?煙氣循環

煙氣循環本質是將在燃燒時產生的煙氣重新導入燃燒進行燃燒區域，進而實現對氧化物濃度的控制，達到降低氮氧化物排放和節約能源的效果。

煙氣循環技術使得火焰區域的最高溫度得到了降低，進而降低了NOx的形成。同時煙氣循環還降低了氧和氮的濃度，同樣起到了降低NOx的作用。煙氣循環技術中高溫煙氣對氧化劑和燃料起到預熱的作用，具有明顯節能效果。

2.2 ?低氮燃燒

低氮燃燒本質為氮氧化物、氫氣、碳、一氧化碳、烴基等在一定條件下，發生反應生成氮氣。根據這一特征，將80%～85%的燃料導入到一級主燃燒區，燃料在主燃區充分燃燒，生成NOx。

余下的少量約15%～20%左右燃料送入二級再燃燒區，再燃區過量空氣系數α<1，具有強還原性氣氛，在一級主燃區生成的NOx被還原，同時抑制新NOx的生成，之后將這兩部分氣體混合，反應生成氮氣。

這種方法效率非常高，一次反應可以使排放量降低一半左右，且可通過反應起到反饋作用，抑制氮氧化物再生。

3 ?改造技術措施

3.1 ?煙氣循環改造情況

鍋爐煙氣循環技術通過提取一部分經過除塵器凈化后的煙氣，使之返回鍋爐，在爐內進行二次利用，惰性氣體可以帶走部分熱量同時降低鍋爐內的氧濃度，進而達到控制火焰溫度，降低燃燒速度，最終降低氮氧化物的產生。

煙氣循環的效率很高，通常情況下，每回收四分之一的煙氣，氮氧化物排放量可以減少五分之一。

3.2 ?原始參數

A.燃燒器布置方式

三層布置。上兩層為高爐煤氣燃燒器，數量8臺/臺鍋爐，每臺鍋爐煤氣消耗量約為4400Nm3/h。最下層轉爐煤氣燃燒器，數量為4臺/臺鍋爐，每臺轉爐煤氣消耗量約為7500Nm3/h。

B.燃氣條件

所用高爐煤氣熱值為720-850kcal/Nm3，高爐煤氣壓力為8-15KPa。

所用轉爐煤氣熱值為1200-1500kcal/Nm3，轉爐煤氣壓力為8-12KPa。

所用焦爐煤氣熱值為4000kcal/Nm3，轉爐煤氣壓力為6-8KPa。

C.燃料工況

高爐煤氣50000-60000Nm3/h，煤氣溫度30-80℃。

轉爐煤氣50000-60000Nm3/h，煤氣溫度30-50℃。

高爐煤氣10000Nm3/h，煤氣溫度30-50℃。

鍋爐點火和啟動燃料為焦爐煤氣，熱風溫度約為180℃。

3.3 ?改造后燃燒器參數要求

改造完成后，燃燒器參數與原來保持一致，保證130t/h鍋爐的正常運行出力，且降低NOX值，達到現行國標排放要求。

3.4 具體措施

根據以上分析與說明，本改造方案采取的具體措施如下。

A.采用煤氣分級燃燒，內外層空氣分級摻混的新型防堵低氮型煤氣燃燒器，并通過改變空煤氣氣流方向，形成湍流摻混結垢，加強空煤氣的混合燃燒，能夠有效降低NOX值，在純燃燒高爐煤氣的鍋爐上使用，可同時解決燃氣噴口因煤氣臟堵塞葉片的問題，點火及燃燒效果料號。在設計工況下產汽量沒有發生變化的情況下，能夠滿足使用要求。

B.燃燒器的穩焰磚不變，助燃風及煤氣進口管道不變，進更換燃燒器即可。減少改造來那個，縮短工期，降低改造費用。所采用的低氮燃燒器型號為SBN-GL-10000C型，數量為12個。

4 ?實施效果

單一應用煙氣循環技術的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脫除率約為52%;在單一應用低氮燃燒技術的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脫除率約為47%;同時應用兩種方法，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脫除率約為61%;由此可見，同時應用煙氣循環與低氮燃燒技術大大有益于鍋爐煙氣氮氧化物的降低。

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