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燃气、燃油锅炉低氮治理技术
点击次数:748 发布时间:2017-08-29

燃气锅炉由于天然气的理化特性导致其主要的污染物为氮氧化物。目前主要通过改进燃烧技术来降低燃烧过程中NOx的生成与排放,其主要途径有:降低燃料周围的氧浓度,减小炉内过剩空气系数,降低炉内空气总量,或减小一次风量及挥发分燃尽前燃料与二次风的混和,降低着火区段的氧浓度;在氧浓度较低的条件下,维持足够的停留时间,抑制燃料中的氮生成NOx,同时还原分解已生成的NOx;在空气过剩的条件下,降低燃烧温度,减少热力型NOx的生成。低氮燃烧技术一般可使NOx的排放量降低30%~60%。

低氮燃烧技术

01丨低氮燃烧器技术

NOx生成机理简要总结如下:

1.热力型NOx(ThermalNOx),在高温烟气(大于1400℃后)显著增加,N元素来源于空气中的N2;

2.快速型NOx(Promp),N元素来源于助燃气体中的N2,生成量主要受氧气浓度和燃料与氧气化学当量比影响;

3.燃料型NOx(FuelNOx),N元素来源于燃料中的氮成分,其生成主要受燃料中的氮成分和助燃气体中的氧气浓度影响。下图综合展示了NOx的来源于决定因素,低氮燃气燃烧器的技术原理则围绕着以下的核心理念不断地发展和演变。

低氮燃烧技术

△三种类型NOx的生成源及主要影响因素

如上图所示,NOx的生成主要由烟气温度和氧气浓度决定。因此,当前工业中的燃气低氮燃烧技术的一个重要控制方式就是降低气体燃料燃烧过程中的烟气温度。降低烟气温度的核心指导原则:(1)在时间将热量释放的峰值降低,降低化学反应速率、延长反应时间;(2)在空间上将热量分散在更广阔的空间。

针对以上指导原则,在燃气燃烧器的设计及布置方案中有若干具体的实施措施:(1)燃料分级:有烟气内循环、燃气和空气高速差配合等类型;(2)空气分级:有燃烧器喷嘴的空气分级和炉膛空间上的空气分级;(3)烟气再循环:有传统烟气再循环和O2/CO2烟气再循环。

燃料分级,即燃料分成若干股注入较大的燃烧空间中进行燃烧,释放的热量被较大空间内的烟气吸收,从而使烟气的温度得到降低,该技术也称为“火焰分割”。相比较于中心单喷头的扩散火焰而言,燃料分级(火焰分割)的技术措施能明显地降低烟气的核心温度。另外,采用燃气与空气高速差的模式,则能实现:氧气浓度较低的烟气卷吸、大空间范围内的燃气燃烧、延迟与空气的混合燃烧过程。

空气分级,即空气分成若干股喷入,实现燃气和空气在燃燃烧过程中有不同的空燃比。(1)一种是燃气喷头中将空气分为若干圈;(2)一种是在炉膛空间上空气分级,即燃烧器的主燃区为贫氧燃烧,空气分阶段地注入,从而使气体燃料分阶段地燃烧、逐渐地释放热量,zui终降低烟气温度。核心机制在于:通过空气分级、造成气体燃料的不完全燃烧,同时不完全燃烧的烟气产物又能在一定程度上促进燃料型NOx的还原机制:

NOx+CO==CO2+N2;NOx==XN(HCN,CN>N2)

燃料分级和空气分级对NO生成量的影响可以从图的曲线中得到直观的了解到偏离正常空燃配比时会对NOx的降低有较大的作用。燃料分级、空气分级对热力型NOx会有明显的降低作用。在气体燃料燃烧领域中,尽管燃料型NOx关注的不多,但是在燃料成分复杂的化工领域,也需要特别的关注。

低氮燃烧技术

△燃料与空气化学当量比对NO生成量的影响

在气体燃料的燃烧中,快速型NOx的生成机制值得关注,该机制将很大程度影响着低氮燃烧器技术的极限减排能力。快速型NOx主要由碳氢活化基与空气中的氮气通过反应(CHi+N2==HCN+NH)生成大量NO的前驱产物HCN、CN及NH,见图中HCN和NH被氧化生成NO的途径。

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