低氮燃燒再燃燒技術(shù)研究現(xiàn)狀

朱科明 常 琳 張蓬朝

1.華北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院 河北 唐山 063210

2.華北理工大學(xué) 管理學(xué)院 河北 唐山 063210

1 引言

NOx是大氣中常見的污染物之一,大量排放會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、破壞臭氧層[1～2],對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此,“十二五”期間,我國第一次將NOx列入國家強(qiáng)制性減排指標(biāo)；“十三五”期間,NOx減排仍然被列為強(qiáng)制性減排指標(biāo)。

痛過燃燒形成的NOx分為熱力型、快速型和燃料型三種,其中熱力型NOx是由空氣中的N2經(jīng)過高溫燃燒氧化產(chǎn)生的；快速型NOx是在富燃料的條件下,由燃料中所含的碳?xì)浠衔锖蚇2反應(yīng)產(chǎn)生氰類化合物,然后氰類化合物被氧化產(chǎn)生的；燃料型NOx是由燃料中的含氮化合物熱分解后又被氧化而產(chǎn)生的。

2 再燃燒技術(shù)研究現(xiàn)狀

再燃燒技術(shù)是對燃料進(jìn)行分級,形成各個區(qū)域的不同燃燒情況與氛圍,主要是通過將燃料分級送入爐膛中,形成主燃區(qū)、再燃區(qū)與燃盡區(qū)形成的[3]。

主燃區(qū)為控制燃料的加入形成的富氧燃燒區(qū)域,會因燃燒溫度較高生成一定量熱力型NOx；但在再燃區(qū)燃燒進(jìn)程中,通過人為控制加入一定量的二次燃料,使得空氣含量相對減少,形成了富燃料氛圍進(jìn)行燃燒,故還原性極強(qiáng),NOx被還原成N2；最后會在燃盡區(qū)通入風(fēng),形成貧燃料燃燒,燃燒剩余燃料,減少不完全燃燒損失[4～5]。

沈伯雄等[6]對天然氣再燃技術(shù)的原理與技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述,得出了NOx減排情況與再燃區(qū)的溫度、空氣過量系數(shù)、停留時間和燃料的噴入位置有著密切關(guān)系,研究表明：再燃區(qū)溫度應(yīng)在1247～1343K之內(nèi),過量空氣系數(shù)應(yīng)在0.85～0.9之內(nèi),再燃燃料與主要燃料熱值比應(yīng)保證在10%～20%之間,再燃區(qū)停留時間在0.4s到1s之內(nèi),并且將再燃燃料噴入NOx濃度最大的地方,確保天然氣與NOx的充分混合。

陳寶明等[7]采用天然氣再燃技術(shù)改造的220t/h煤粉爐進(jìn)行試驗,試驗研究了煤粉爐中含氧量、再燃量、停留時間等條件對再燃燒技術(shù)降低NOx的排放的效果,結(jié)果表明：當(dāng)再燃區(qū)氧含量是5%,再燃燃料的流量是15%,再燃區(qū)停留時間是0.67s時,NOx的減排效果達(dá)到最佳,其排放濃度平均值為137mg/Nm3。

宋少鵬等[8]基于燃料分級燃燒技術(shù),耦合外部煙氣再循環(huán)技術(shù),研究開發(fā)了一種燃料分級低氮燃燒器,研究了燃料分級情況、空氣過量系數(shù)與外部煙氣再循環(huán)情況對NOx減排效果的影響,研究得到：NOx排放量隨二次燃料的增加先增加后減少；二次燃料不被使用時,其NOx的總排放量與過量空氣系數(shù)相關(guān),隨著空氣過量系數(shù)的增加先增加后減少；當(dāng)二次燃料的比例確定在50%時,NOx的排放量隨著空氣過量系數(shù)的增加不斷減少；NOx的減排情況以外部煙氣再循環(huán)率為10%為轉(zhuǎn)折點,在外部煙氣再循環(huán)率低于10%時,受到外部煙氣再循環(huán)率影響極大,當(dāng)外部煙氣再循環(huán)率高于10%時,對NOx的排放量影響變小,斜率變小。

Zabetta等[9]進(jìn)行了將再燃燒技術(shù)與選擇性非催化還原技術(shù)相結(jié)合協(xié)同減少工業(yè)爐NOx排放的研究,通過建立化學(xué)動力學(xué)模型對該協(xié)同工藝進(jìn)行詳細(xì)測試,使用攜帶碳?xì)浠衔锏脑偃既剂?得到再燃區(qū)溫度在1300K～1700K之間,還原氣氛下(過量空氣系數(shù)小于1),燃盡區(qū)溫度在1100K～1300K之間,可以降低NOx含量40%以上。

3 結(jié)語

再燃燒技術(shù)對鍋爐的結(jié)構(gòu)要求少,僅需對燃燒器的結(jié)構(gòu)作出一定改進(jìn)；但由于HCN/NH3中間產(chǎn)物的產(chǎn)生,它們易在燃盡區(qū)被二次氧化為NO,因此再燃技術(shù)脫硝效率始終難以突破60%。

隨著越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求與國家標(biāo)準(zhǔn),單純使用一種低氮燃燒工藝已經(jīng)完全不能滿足現(xiàn)有的排放標(biāo)準(zhǔn),因此接下來再燃燒技術(shù)研究的重點就是與其它低氮燃燒技術(shù)有機(jī)結(jié)合,例如與煙氣再循環(huán)其技術(shù)或非催化還原技術(shù)相結(jié)合,尋找NOx減排效率最高的先進(jìn)燃燒技術(shù)。