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煤粉炉低氮燃烧原理

2017-11-20 21:40:28
    氮氧化物的生成与温度有密切的关系,一般火焰温度越高,氮氧化物的生成越多,反之亦然,这也是流化床炉得以环保的原因之一。 低氮燃烧器一般把一次风分成浓淡两股,浓相在内,更靠近火焰中心;淡相在外,贴近水冷壁。浓相在内着火时,火焰温度相对较高,但是氧气比相对较少,故生成的氮氧化物的几率相对减少;淡相在外,氧气比相对较大,但由于距火焰高温区域较远,温度相对较低,故氮氧化物的生成也不会很多。    
根据氮氧化合物生成机理,影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性,而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面:降低火焰温度,防止局部高温;降低过量空气系数和氧浓度,使煤粉在缺氧的条件下燃烧。
简介: 用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放,统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中,低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。


      用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放,统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中,低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。

      目前主要有以下几种:

  1 低过量空气燃烧

      使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15-20%。但如炉内氧浓度过低(3%以下),会造成浓度急剧增加,增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳量增加,燃烧效率下降。因此在锅炉设计和运行时,应选取最合理的过量空气系数。

  2 空气分级燃烧

      基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段,将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70-75%(相当于理论空气量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α<1,因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率,抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程,完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA(over fire air)――称为"火上风"喷口送入炉膛,与第一级燃烧区在"贫氧燃烧"条件下所产生的烟气混合,在α>1的条件下完成全部燃烧过程。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内,故称为空气分级燃烧法。

      这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小,抑制NOx的生成效果越好,但不完全燃烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此为保证既能减少NOx的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可*性,必须正确组织空气分级燃烧过程。

      若用空气分级燃烧方法改造现有煤粉炉,应对前墙或前后墙布置燃烧器的原有炉膛进行改装,将顶层燃烧器改作"火上风"喷口,将原来由顶层燃烧器送入炉膛的煤粉中形成富燃料燃烧,从而NOx生成。可降低15-30%。新设计的锅炉可在燃烧器上方设"火上风"喷口。

  3 燃料分级燃烧

      在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO的还原反应,反应式为:

  4NO+CH4 =2N2+CO2+2H2O

  2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2 =N2+2nCO2+mH2O

  2NO+2CO =N2+2CO2

  2NO+2C =N2+2CO

  2NO+2H2 = N2+2H2O

      利用这一原理,将80-85%的燃料送入第一级燃烧区,在α>1条件下,燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料,其余15-20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α<1的条件下形成很强的还原性气氛,使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子,二级燃烧区又称再燃区,送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料,或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原,还抑制了新的NOx的生成,可使NOx的排放浓度进一步降低。

      一般,采用燃料分级可使Nox的排放浓度降低50%以上。在再燃区的上面还需布置"火上风"喷口,形成第三级燃烧区(燃尽区),以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。这种再燃烧法又称为燃料分级燃烧。

      燃料分级燃烧时所使用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料,例如煤粉炉可以利用煤粉作为二次燃料。但目前煤粉炉更多采用碳氢类气体或液体燃料作为二次燃料,这是因为和空气分级燃烧相比,燃料分级燃烧在炉膛内需要有三级燃烧区,这合行燃料和烟气在再燃区内的仪时间相对较短,所以二次燃料宜于选用煤粉作为二次燃料,也要采用高挥发分易燃的煤种,而且要磨得更细。

      在采用燃料分级燃烧时,为了有效地降低NOx排放,再燃区是关键。因此需要研究在再燃区中影响Nox浓度值的因素。

  4 烟气再循环

      目前使用较多的还有烟气再循环法,它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内,或与一次风或二次风混合后送入炉内,这样不但可降低燃烧温度,而且也降低了氧气浓度,进而降低了NOx的排放浓度,。从空气预热器前抽取温度较低的烟气,通过再循环风机将抽取的烟气送入空气烟气混合器,和空气混合后一起送入炉内,再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比,称为烟气再循环率。

      烟气再循环法降低NOx排放的效果与燃料品种和烟气再循环有关。经验表明,烟气再循环率为15-20%时,煤粉炉的NOx排放浓度可降低25%左右。NOx的降低率随着烟气再循环率的增加而增加。而且与燃料种类和燃烧温度有关。燃烧温度越高,烟气再循环率对NOx降低率的影响越大。

      电站锅炉和烟气再循环率一般控制在10-20%。当采用更高的烟气再循环率时,燃烧会不稳定,未完全燃烧热损失会增加。另外采用烟气再循环时需加装再循环风机、烟道,还需要场地,增大了投资,系统复杂。对原有设备进行改装时还会受到场地的限制。

      烟气再循环法可在一台锅炉上单独使用,也可和其它低NOx燃烧技术配合使用,可用来降低主燃烧器空气的浓度,也可用来输送二次燃料。需进行技术经济比较。

  5 低NOx燃烧器

      煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛,而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入炉膛的。从燃烧的角度看,燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可*性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理看,占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的,因此,通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例,可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的大批量用于燃烧器,以尽可能地降低着火氧的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的,这就是低NOx燃烧器。低NOx燃烧器得到了广泛的开发和应用,世界各国的大锅炉公司,为使其锅炉产品满足日益严格的NOx排放标准,分别开发了不同类型的低NOx燃烧器,可达到NOx降低率一般在30-60%。

  6 煤粉炉的低NOx燃烧系统

  为更好地降低NOx的排放量和减少飞灰含碳量,很多公司将低NOx燃烧器和炉膛低NOx燃烧(空气分级、燃料分级和烟气再循环)等组合在一起,构成一个低低NOx燃烧系统。

  7 液态排渣炉的低NOx燃烧

      目前旋风炉、切向燃烧液态炉和U型火焰液态炉仍有大量设备在运行。现代化的大型液态排渣炉主要是采用U型火焰燃烧方式。在不采取降低NOx的措施时,其Nox排放值一般均超过2000mg/Nm3,所以近年电站煤粉炉多倾向于固态排渣沪。其主要降低NOx的措施有:

  a) 采用WS型低NOx燃烧器,并采用再循环烟气和一次风或二次风混合以使着火区成为富燃料燃烧区,可使NOx降低25%。

  b) 增设三次风。当采用烟气再循环并取三次风份额为20%时,锅炉的NOx排放量可降至1000mg/Nm3以下。

  c) 使用细颗粒煤粉

  8 层燃炉降低NOx排放的方法

      我国使用最普遍的层燃炉是链条炉。链条炉燃料层燃烧过程本身存在着类似于空气分级燃烧的特点,其NOx排放比煤粉炉低得多,在450mg/Nm3以下。可以采用适用于煤粉炉的低NOx燃烧技术。如采用低过量空气系数,可降低20%;如在除尘器后将再循环烟气引入炉膛内,可降低20%;采用燃料分级燃烧时,可降低50%。
PS
    煤的元素分析组成有:碳、氢、氧、氮、硫,其中碳氢硫为可燃质,特别是碳氢更为重要。碳在煤中含量最大为50%—60%,且碳的发热量大为32700kj/kg,氢的含量虽少,一般只有1%—6%,但其发热量最大,为120000kj/kg。硫虽然能燃烧放热,但因其含量少0.5%—3%,发热量又低,仅有9040kj/kg,特别是硫在燃烧后会生成so2,对环境有不理影响。氧和氮都是不可燃质,且氮在燃烧过程中会生成nox,所以氧氮称为煤中的内部废物。
煤的工业分析:碳、氢、氧、氮、硫(挥发分)水分、灰分等组成。
标煤的发热量:29270kj/kg
煤灰的结焦:影响煤灰熔融性的因素,主要是煤灰的化学组成和煤灰周围高温的环境介质。在运行中只能控制后者来尽量降低结焦。基本上是炉膛温度,炉膛出口温度不要高过煤灰的灰熔点1350度。
褐煤无烟煤:褐煤差煤,挥发分高,易着火,发热量低。无烟煤好煤,挥发分低,发热量高。
noxnox会污染环境,还会促使硫化物的生成。
nox燃烧器:浓淡分离技术,将燃烧器局部的煤粉浓度提高了相对的就降低了此局部区域的一次风量,则煤粉气流中的含氧量便相对降低,在氧供应不足的情况下,游离的n转化为nox的机会减小
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