低氮燃烧技术在对冲燃烧锅炉上的应用

肖冠华

摘 要：随着我国经济的不断增长，对能源消费问题越来越重视。目前，氮氧化物已被列入我国环保十二规划的要求，氮能源的减排是社会各界密切关注的问题，低氮燃烧技术又被称作烟气脱销技术，其目的是改善冲燃锅炉中的燃烧条件，让燃料完全的进行充分燃烧，并在燃烧过程中产生更多的能量，以此减少NOx的排放量。文章主要介绍低氮燃烧技术的分类及低氮燃烧技术在冲燃锅炉应用上的必要性和解决措施。

关键词：低氮燃烧技术；氮氧化物；低NOx燃烧器

中图分类号：TK229 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0147-02

前言

改革开放以来，国家对氮能源的需求不断增加，但氮能源燃烧会大量排放NOx，对人民群众的身体健康和环境有重大影响，据相关资料显示，到2020年时，我国NOx的排放量将超越美国，成为第一大氮氧化物排放国，预计比2000年的1777万吨NOx排放量多500到900万吨，因此需要严格控制NOx的排放量，广泛应用低氮燃烧技术。

1 低氮燃烧技术应用的必要性

随着我国工业化、城镇化的不断深入，大气污染越来越严峻，能源和资源消耗量逐年增加，事关人民群众的根本利益，环境保护刻不容缓，对大气污染的防治、空气质量的改善，是民生之本、转型之需、发展之要。能够有一个清洁的呼吸环境，更是人民群众多年的热切期盼。有部分企业解读国家政策法规、响应贯彻文件精神，积极宣扬用科学的方法，有效改善环境空气质量以及在先进低氮燃烧技术等方面进行了推广和深入研究；同时以国家相关政策为契机，共同探讨运用相关政策、结合低氮节能技术和低氮锅炉产品，为管理、研发、设计、生产、销售以及使用单位等各方面搭建交流、沟通、合作的桥梁和平台，发挥社会各界的力量，共同推动大气污染防治，推广先进的低氮节能技术，促进行业健康可持续发展，达到共创共赢的目的。

低氮燃烧技术的应用开创了通过合理改变和组织炉内煤粉的燃烧方式，其氮氧化物排放量的降低是国际最领先的技术和业绩，它的性能指标不变，电站锅炉的正常运行得以保障，并促进我国低氮燃烧技术的进一步深入发展，使我国的低氮燃烧技术在国际上达到了领先水准。目前，该项技术已被多数企业所使用并获得显著的经济效益。

2 氮能源在燃煤锅炉中生成氮氧化物的机制

N2O、NO2、NO，N2O是氮能源在锅炉燃烧过程中的主要氧化物，占总含量的比例约为1%，NO2约占总含量的2%～10%，而NO所占总含量高达的90%以上，是锅炉燃烧过程中产生的含量最多。由此可见氮氧化物NOx的含量比例差异与燃烧条件相关联系。在锅炉工作中，燃烧型、热力型和快速型是NOx主要的三种生产机理。

2.1 燃烧型

众所周知，600℃～800℃之间是氮能源燃料中氮化合物的热分解温度，在中间环节上，其含有的氮化合物在高温环境下被分解成，N、氰化氢、氰化等产物，这几种产物又被氧化成NOx。氮能源在煤粉锅炉燃烧过程中主要由两个阶段组成，一是，氮能源在燃烧过程发生挥发性燃烧，二是，氮能源在锅炉燃烧过程中持续进行焦炭燃烧。由此可见，N、氰化氢、氰化等产物被氧化后生成的NOx与挥发性燃烧、焦炭燃烧具有紧密联系。因此NOx被称为燃烧型NOx，同时它也是氮能源燃料在锅炉中的完全燃烧及不完全燃烧的产生。

2.2 热力型

若要生成热力型NOx，就一定要在高温条件下进行燃烧，氮能源才能在燃烧过程中产生N的氧化反应，同时也是燃烧生成的NOx在锅炉中的一系列连锁效应。NOx的产生含量及所占比例随温度的改变而改变，比如，在高温条件下，NOx的产生速度和产量比在低温条件的速度和产量高，所以，温度才是影响空气中O、N转化为NOx的必要因素。

2.3 快速型

当氮能源燃料局部浓度过高时，其附近燃烧区的氮能源燃料就会迅速生成Ox，这就是快速型NOx的生成过程。只有在高温条件下，碳氢自由基由碳氢化合物才能够被快速分解和产生，同时碳氢自由基由碳氢化合物又与空气中的氮气相结合并反应生成N2和氰化氢，随即，空气中含有的O2，以极为快速的方式与N2和氰化氢结合同时产生反应，最后生成快速型NOx。当温度变化不明显时，NOx生成量与炉膛压力呈正相关走向。以下是NOx的生成含量及其比例在锅炉需要考虑的因素：

（1）氮燃料自身的物理及化学特征。（2）锅炉工作时的高温燃烧的温度范围。（3）燃烧区内烟气中N2、O2等物质的含氮量，氮能源燃料与空气中氮及氧气之间的混合比例。（4）氮能源燃料在火焰区和炉膛高温内的停留反应时间。

3 低氮燃烧技术在冲燃锅炉中的应用

能源燃烧产生大量污染，于是国家推行低氮燃烧技术，改变传统的燃烧技术，达到燃料的清洁燃烧，降低污染。降低燃烧中NOx的排放量。目前应用最广泛并且有效的方法是燃烧控制技术，它简单易行，投资少，其控制技术原理是通过改变燃烧条件及燃烧结构的方法来减少NOx的排放量。其中包括：低氧燃烧技术、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器等方法。下面主要介绍三种低氮燃烧技术：

3.1 低氧燃烧技术

由于NOx是随着炉内空气量的增加而产生，所以为了降低锅炉内热造成的损耗，减少NOx的产生，需要炉内的空气含量低到一定程度。但在工业锅炉生产工作中，低氧燃烧技术也将造成一些不良问题，比如可能引起碳、炭黑污染物等代谢物质的堆积，燃烧效率也相对降低。所以当炉内空气含量高于最低空气含量值，达到过剩状态时，要密切注意炉热效率、燃烧效率等，减少NOx的产生也要尽量避免热效率的降低。

3.2 空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术包括：水平方向空气分级燃烧技术和垂直方向燃烧技术，其主要原理是燃料在炉内燃烧时，分级将所需的空气依次送入炉内，使燃料能够在炉内分级分段燃烧，其氧浓度对燃烧区内各种类型的NOx生成都有很大影响。能够将燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需空气量的70%左右，依据以下原理，当过量空气系数á<1，燃烧区处于“贫氧燃烧”状态时，抑制NOx的生成量有显著效果，不仅降低燃烧区的温度水平，还能减少燃燒区的氧浓度。因此，抑制NOx的生成，推迟燃烧过程是第一燃烧区的主要作用。为了整个燃烧过程的顺利完成，第一级所产生的烟气将与从燃烧器上面的燃烬风喷口进入炉膛内燃烧所需的其余空气相混合。endprint

3.3 燃料分级燃烧

燃料分级技术是在燃烧时与理论空气相接近的状态下的两段燃烧装置中进行的。两段燃烧是指燃料所需的空气分两次通入，第一次，约占空气总量5%～10%，燃烧通常在富燃料缺氧的情况下进行，一方面能够形成了一个较低的燃烧区，另一方面能够使燃料的表层温度下降，进而也能降低NOx的生成量，并將燃料析出的挥发分还原低氧燃烧区的NOx。第二部分是在低的温度区域内进行，将剩余的空气送入，能够使第一次剩余的CO、碳氢化合物等不完全燃烧产物全部燃烧。在两次空气供应之后，烟气温度的有所下降，尽管氧气的剩余含量过多，NOx也未能大量的生成，最终将其有效的抑制。高温条件下的两次燃烧均有效的抑制了氮氧化物NOx所产生的生产量，达到了减少了NOx的最终产量的目标。为了使不完全燃烧的产品可以完全燃烧，有必要在重新燃烧区设置燃尽风喷口。

3.4 低NOx燃烧器

低NOx燃烧器是指燃料在燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器，低NOx燃烧器的主要作用是氮氧化物的排放量在燃料燃烧过程中被降低。燃烧过程中NO主要来源于两个方面，首先，燃烧所用空气（助燃空气）中氮的氧化；其次，燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解后再氧化。

3.5 烟气再循环利用技术

烟气再循环利用技术是减少NOx生成的有效途径。而机理是将已经冷却的部分烟气循环利用，多次循环往复后送到燃烧区，重复的次数多，一方面可以让主燃区的工作温度有所提高，同时还能有效抑制NO生成，降低O2浓度，另一方面能够达到高热效率最佳的效果，在这种状态下生成NOx的减少效果最好，同时使烟气循环率控制在5%～20%的之内。

4 结束语

时代在不断发展，国家大力投资环保项目上，人民群众的环保意识越来越强烈，但我国的人口众多，对于能源的消耗和浪费数量巨大，能够有效的降低氮氧化物对大气污染的的排放排放量，具有十分重要的意义。经过世界各国多年研究，低氧化燃烧技术取得了一定成果，并在有效的降低NOx的排放量上得到了广泛的应用。因此，研究低氮燃烧技术在冲燃锅炉上的应用至关重要，推广低氮燃烧技术迫在眉睫，所以，要争取在科学的管理下控制氮氧化物的低排放量，实现节能减排的目标。

参考文献：

[1]李新龙.浅析低氮燃烧技术在电厂中的应用[J].工业技术，2015.

[2]张学会.低氮燃烧技术在燃煤锅炉上的应用[J].电力设备，2017（6）.

[3]吴凤玲，刘民，江辉，等.浅谈低氮燃烧技术及其改造方法[J].科技创新与应用，2014（23）：11-12.endprint