浅谈低氮燃烧技术及其改造方法

张红月

摘要：随着我国的经济建设的不断发展，对于能源的需求在不断地加大。在工业上，火电厂作为重要的能源来源，对生产的发展起到了重要的作用。但是在生产中，由于氮氧化物的排放，严重的影响了生态环境的建设与人们的生命健康。因此，需要加强其技术的改进。文章通过对低氮燃烧技术进行综合的分析，并对其改造技术进行了阐述，以期能够提供一个借鉴。

关键词：低氮燃烧技术；应用；改造方法

中图分类号：O434文献标识码： A

1.煤燃烧NOX的生成原理及生成方式

1.1NOX的生成原理

NOX是NO和NO2的统称，燃煤电厂烟气中的NOX主要是通过煤燃烧产生的。燃烧生成的NOX通常是由超过90%的NO和小于10%的NO2组成。依据氮氧化物生成机理，可分为3类，分别是热力型、燃料型和快速型NOX。

1.2热力型NO

热力型NOX是指当炉膛温度达到1350℃以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOX，当温度足够高时，热力型NOX甚至可达20%。在影响空气中的氮分转化为NOX的量的各种因素中，温度的影响尤为显著。降低烟气温度、缩短烟气在高温区域的停留时间和降低高温区域局部氧气浓度可有效地降低热力型NOX。

1.3燃料型NO

燃料型NOX指的是燃料中有机氮化物在燃烧过程中生成的NOX，其生成量的多少主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOX约占NOX总生成量的75%～90%。燃料型NO是由燃料本身固有氮化合物在燃烧时转化而成。燃料氮是燃煤过程中NOX的主要来源，燃料型NO比热力型NO更易于形成。研究表明，燃料氮形成的NOX要占锅炉NOX排放总量的60%～80%。另外，燃料氮分布于挥发分和焦碳中。根据煤种的不同，挥发份氮生成的NOX占燃料氮总NOX的60%～80%，焦碳氮生成的占20%～40%。

1.4瞬发型

NO瞬发型NO生成机理为分子氮在火焰前沿的早期阶段，在碳氢化合物的参与影响下，通过中间产物转换为NO，其转换率取决于氧量和温度。实验证实，这一机理在富燃料的碳氢化合物火焰中较为重要。HCN可进一步氧化生成NO。随温度的升高，其重要性显著增大。研究表明瞬发型NO其排放量仅占NO总量的5%，一般不作详细研究。

2.低氮燃烧技术的应用

2.1改进低氮燃烧技术

在国外工业技术发达的国家，对燃烧产生的氮氧化物控制的主要燃烧技术有对燃烧技术的改进、分级氮氧化物的燃烧器以及对燃烧形成的氮氧化物还原这三大类技术。1)改进的燃烧技术有烟气再循环和浓淡燃烧等。利用这些措施可以对低氮燃烧技术进行合理的改进，从而降低氮氧化物的排放量。利用这些改进方法，就不需要对燃烧系统进行大改，不但降低了氮氧化物的形成率，也降低了企业的成本投资；2)分级氮氧化物燃烧器。对煤粉炉的燃烧器进行改造的主要目的就是降低燃烧器中氧的浓度，从而降低氮氧化物的产生。比较典型的燃烧器改造有偏转二次风燃烧器。这种对燃烧器改造的技术也可以有效的降低氮氧化物的排放量；3)还原燃烧产生的氮氧化物。这种低氮技术主要包括低氮氧化物燃烧器以及燃料分级氮氧化物形成技术等。这些技术可以使燃煤中氮氧化物的形成量降低到350mg/扩从而有效的控制了氮氧化物的产生。

2.2我国创新低氮燃烧技术

我国在火电厂生产中引进国外的相关低氮燃烧控制技术，在这些技术的基础上进行创新研究，从而研究出适合我国工业生产情况的低氮燃烧控制技术，主要有空气分级燃烧技术、新型燃烧器以及其他氮氧化物降低技术这三大类创新技术。1)空气分级燃烧技术。所谓空气分级燃烧就是利用煤粉燃烧中对氧的控制，使得煤粉炉中煤粉的燃烧有着一定的还原性，从而降低氮氧化物的产生。目前广泛应用于火电厂煤粉锅炉中的低氮燃烧技术就是整体分级低氮燃烧技术；2)新型燃烧器，对从国外引进的新型燃烧器加以创新运用，从而保证我国在燃煤中对氮氧化物的有效控制。这种技术的主要作用就是保证燃煤中的燃烧稳定性，从而降低氮氧化物的形成有着非常重要的作用。现今在燃煤中常用的燃烧器有多功能旋流燃烧器以及圆形旋流燃烧器等。通过对新型燃烧器的使用，可以有效的降低氮氧化物的形成，进而达到对氮氧化物排放量的有效控制。

3.低氮燃烧技术分类介绍

3.1燃烧分级技术

燃烧分级技术是在主燃烧器形成初始燃烧区的上方喷入二次燃料，从而形成富燃料燃烧的再燃区，当NOx进入该区域时将被还原成N2。燃烧分级技术为了保证再燃区的不完全燃烧产物能够燃烬，需要在再燃区的上面布置燃尽风喷口。燃烧分级技术的关键因素是改变再燃烧区的燃料与空气的比例；存在的问题是为了减少不完全燃烧损失，需加空气对再燃区烟气进行三级燃烧，因此配风系统较复杂。

3.2空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术（OFA）是现阶段应用较为广泛的低氮燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。该技术是将燃烧用风分为一次风和二次风，目的是减少燃料燃烧区域的空气量（一次风），提高燃烧区域的燃料浓度，推迟一次风和二次风的混合时间，这样燃料进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。目前该技术与其他初级控制措施联合使用，已成为新建锅炉整体设计的一部分，在适度控制NOx排放的要求下，一般作为现阶段锅炉低氮排放改造的首选。

例如，水平方向空气分级燃烧技术如图1所示。该燃烧方式是与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧，它是通过将一次风和二次风不等切圆，部分二次风射流偏向炉墙来实现的。该技术不但可以避免水冷壁的高温腐蚀以及因还原性气氛使灰熔融性温度下降而导致的燃烧器附近结渣。

图1水平方向空气分级燃烧

3.3低氮燃烧器技术（LNB）

将前述的空气分级及燃料分级的原理应用于燃烧器的设计，尽量降低着火区的氧浓度和温度，从而达到控制NOx生成量的目的，这类特殊设计的燃烧器就是低氮燃烧器，正常条件下可以降低氮排放浓度的30%～50%。

4.技术改造方案

在低氮燃烧技术阶段，某公司热电厂4号锅炉需改造或更换现有低氮燃烧器LNB，降低燃烧过程中NOx的生成量；增设一套燃尽风SOFA系统，进一步降低燃烧过程中生成的NOx。本次改造主要包括三部分内容：

4.1燃烧器改造

低氮燃烧器用于控制每一个燃烧器的燃料和空气的混合，燃料和空气分级送入燃烧设备，其特点在于降低初始燃烧区域内的氧浓度，从而也相应的降低火焰峰值温度，达到了较少NOx的形成目的。在喷口水平中线装有倾斜装置，增加燃烧的倾斜区域来实现深度分级，燃烧器喷口四周的平衡周界风，延迟一二次风的混合，这些区域可以进一步阻止燃料中的N形成NOx。富燃料区域的存在使火焰最高温度被降低，从而减少了热力型NO的形成。为了在较低的飞灰含碳量下获得较低的NOx浓度，煤粉分布盘布置在煤粉喷嘴入口至燃烧器之间的弯头位置的下游。煤粉分布盘对煤粉流有很好的浓缩作用，使来流煤粉更集中于燃烧器的中轴线形成一个特殊的风包粉状态，这样的煤粉流喷入炉膛内，从煤粉流中心形成一个较大欠氧燃烧的火焰，使初始燃烧的NOx生成率更低，同时风包粉的煤粉流使切圆燃烧的煤粉远离炉膛四壁避免结渣。

4.2一次风改造内容

（1）移除全部浓淡分离器；（2）减小喷嘴面积，保持高宽比；（3）保持内部钝体不变；（4）增加两块内部水平隔板；（5）同时减小连接风管接口尺寸；（6）周界风出口保持不变，周界风宽度变为25。

4.3二次风改造内容

（1）减小OFA层喷嘴尺寸；（2）减小CC层喷嘴尺寸；（3）减小AB层喷嘴尺寸；（4）OFA、CC、AB增加两块内部垂直隔板夹角为10°和15°，以保证风向。

4.4新加装SOFA喷嘴及风道

被燃烧器导向的燃烧空气在炉膛下部形成富燃料区，煤在低氧区挥发，迫使燃料里的氮形成N2而不是NO。在进入锅炉对流区之前，缺氧燃烧产生的烟气再与燃尽风系统产生的高动量的气流在炉膛上部混合，使燃料完全燃烧。

结束语

经济的建设需要综合考虑环境的发展需求，在火电厂的建设中，通过对低氮技术进行改造，从而降低对环境的污染，提高对环境的保护能力。

参考文献：

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