低氮燃烧技术在对冲燃烧锅炉上的应用研究

陈科峰

摘 要：文章分析低氮燃烧技术应用的必要性和作用，对氮能源在燃煤锅炉中生成氮氧化物的机制进行研究，并针对其形成机理提出了几种目前比较常用的低氮燃烧技术，本文简要介绍了这些技术在对冲燃烧锅炉上的应用情况，以供参考。

关键词：低氮燃烧技术;对冲燃烧锅炉;应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.076

1 引言

在我国经济快速发展的过程中，我国社会对各种能源的需求量在不断增加，在各种能源形式中，含氮能源是比较重要的类型，且需求量急剧增加。但是在含氮能源的使用过程中会产生数量较多的NOx，对周围环境以及居民健康造成危害。因此需要在对冲燃烧锅炉上进行低氮燃烧技术的应用来实现对NOx排放量的有效控制，满足我国提出的环境保护要求。

2 低氮燃烧技术应用的必要性

在我国目前经济快速发展和工业化以及城镇化水平不断提高和深入的过程中，能源消耗量不断增加而且污染物的排放量也随之增加，环境污染以及治理问题已经成为人们关注的重点问题，是关系到人们居住环境以及人们切身利益的重要问题。目前我国在各个行业中提出节能减排策略的同时，针对氮能源的使用行业，相关企业在对国家政策进行解读并且对先进技术进行利用之后，提出了采用低氮燃烧技术来对NOx排放量进行控制的方法，并且同时加大对低氮锅炉产品的应用，对社会各界力量进行充分发挥来推动我国大气污染防治工作的推进。低氮燃烧技术就是对炉内煤粉的燃烧方式进行合理改变和组织，通过先进的技术来降低其NOx排放量的技术，且尽量不改变其性能指标，保证锅炉的正常运行。

3 氮能源在燃煤锅炉中生成氮氧化物的机制

3.1 燃料型

氮能源在锅炉燃烧中会产生不同形式的NOx，其中以N2O、NO2、NO为主，其中N2O的比例约为1%，NO2的比例约为2%～10%，其余的则主要为NO，且主要是在锅炉燃烧的过程中产生的。所以氮能源燃烧过程中产生NOx中，不同物质的比例与燃烧条件有着较大的关系。对于主要的燃料型氮氧化物的产生机理来说，通常氮能源会在温度超过600～800℃时发生热分解，并且主要的分解产物为N、氰化氢以及其他产物，在外界因素影响下会被氧化为NOx。对其燃烧过程进行分析可知，其主要是在燃烧过程中由于挥发性燃烧以及进行持续焦炭燃烧的过程中产生，且会在完全燃烧以及不完全燃烧情况下产生。

3.2 热力型

在一定的高温条件下（炉温约1400℃及以上），空气中的氮气会和氧气发生化学反应生成氮氧化物，即为热力型，其产物的种类以及产量会随着温度的变化而变化，即温度是影响空气中的O和N向NOx转变的必要因素。

3.3 快速型

在氮能源进行燃烧的过程中出现局部燃料浓度过高的现象就是迅速生成NOx，此过程只有在一定的高温条件下才会出现，主要是发生了碳氢自由基及碳氢化合物进行快速分解和产生的过程，会与空气中的N2结合并生成氰化氢，并且与空气中的O2进行快速反应而生成NOx。如果燃烧过程中锅炉内的温度变化不大，其生成量通常与炉膛压力有着直接关系，而且NOx中不同成分含量的不同是由氮能源的自身物理和化学特征;锅炉燃烧时的高温范围;烟气中N2和O2等物质中的含氮量;火焰区和炉膛高温内的停留反应时间等有关系。

4 低氮燃烧技术在对冲燃锅炉中的应用

4.1 低氧燃烧技术

对氮能源燃烧过程中产生NOx的机理进行分析可知，炉内空气量的增加会导致氮氧化物生成量的增加，因此可以根据此原理将锅炉燃烧中其内部空气含量进行控制，以此来减少锅炉内燃烧造成的热损耗以及NOx的产量。但是此种技术的应用会导致碳、炭黑等污染物质的增加和堆积，以及燃烧效率的下降。因此需要在锅炉燃烧过程中对最低空气含量进行控制，在保证有效的热效率的同时实现对NOx产量的控制。

4.2 空氣分级燃烧技术

空气分级燃烧技术主要分为水平方向空气分级以及垂直方向空气分级燃烧技术两种，其主要原理就是在锅炉燃烧过程中将所需要的空气分次向炉中进行输送，通过分段燃烧来对燃烧区域中的氧含量进行控制，实现对NOx产量的控制。也就是对其燃烧过程中所需空气量的控制来实现燃烧区中的贫氧燃烧，实现对燃烧区温度水平的降低以及氧浓度的减少来实现对NOx的抑制。而且在此燃烧和控制过程中，需要将第一级产生的烟气与燃烧器上面的燃烬风喷口进入炉膛内的空气进行混合来继续使用。

4.3 燃料分级燃烧技术

此技术主要是在两段燃烧装置中进行，就是将空气分为两次输入，第一次通入5%～10%的空气，使燃料在缺氧的情况下进行燃烧并形成一个较低的燃烧区，使得燃料表层的温度降低来减少NOx的生成，还可以实现对挥发性燃烧所产生的NOx进行控制。然后此环境下将剩余的空气通入，将剩余的不完全燃烧物进行全部燃烧，虽然会剩余较多的氧气，但是确保了对NOx生成的控制，而且在第二次通入空气时可在燃烬区对燃尽风喷口进行设置。

4.4 低NOx燃烧器的使用

此种燃烧器就是在燃料燃烧时对氮氧化物的排放量进行控制和降低，重点是对燃烧所用空气中氮的氧化以及燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解之后的再氧化进行控制来实现对NOx的控制。

4.5 烟气再循环利用技术

此种方法就是对NOx生成的途径进行减少和控制，将烟气进行冷却之后进行重复循环利用，通过增加重复使用的次数来提高主燃区的工作温度，并降低氧气浓度，实现对NO的控制，而且在满足最佳热效率的同时，减少所生成的NOx，并将烟气循环率控制在5%～20%的范围之内。

5 结语

随着我国能源需求量和消耗量的不断增加，环境污染问题逐渐引起人们的关注。针对氮能源使用中产生的大气污染问题，需要在对冲燃烧锅炉上进行低氮燃烧技术的应用，而且经过对此技术在对冲燃烧锅炉上的应用可以看出，其能够实现对NOx排放量的有效控制，未来需要对此技术进行深入研究，进一步深化节能减排目标的实现。

参考文献：

[1]肖冠华.低氮燃烧技术在对冲燃烧锅炉上的应用[J].科技创新与应用，2017（27）：147.

[2]宋振兴.低氮同轴燃烧器在600MW锅炉中的应用研究[D].湖北工业大学，2016.