烟气循环与低氮燃烧对锅炉烟气氮氧化物脱除的影响

崔一芳

摘要：研究了采用烟气循环技术和低氮燃烧技术对锅炉烟气氮氧化物脱除的影响。主要通过对两种工艺的详细分析和对比实验的方法对氮氧化物的脱除效率进行了研究。结果表明：在只应用烟气循环技術的情况下，锅炉烟气氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脱除率约为52%;在单一应用低氮燃烧技术的情况下，锅炉烟气氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脱除率约为47%;同时应用两种方法，锅炉烟气氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脱除率约为61%;由此可见，同时应用烟气循环与低氮燃烧技术大大有益于锅炉烟气氮氧化物的降低。

关键词：锅炉;烟气循环;低氮燃烧;脱硝

唐钢现有130t/h、75t/h发电锅炉若干座，烟气氮氧化物大约在190-230mg/m3之间，目前降低锅炉烟气氮氧化物的主要方法有烟气再循环技术、低氮燃烧技术、选择性催化还原法、催化分解法、生物处理、液体吸收等方法。为了降低锅炉烟气氮氧化物浓度，同时考虑改造成本与最终排放效果，认为烟气循环技术与低氮燃烧技术具有明显的优势。因此结合生产实际情况，分别应用两种技术进行改造。

1. 背景

研究显示，由氮元素和氧元素构成的化合物几乎都对人体有毒害作用，直接吸入会引发多种疾病，常见的有呼吸系统疾病和代谢性疾病。氮氧化物与紫外线结合产生光化学污染，可对人的眼睛造成灼伤，同时氮氧化物与水结合也会形成酸雨，对植被、土壤造成不同程度的破坏。

1.1 烟气循环

锅炉烟气中所排放的氮氧化物绝大部分源于煤炭的燃烧，主要有一氧化氮和二氧化氮所组成，其中一氧化氮占比较大，约有90%，并且近年来锅炉产生的氮氧化物排放量不断上升，对社会的危害性极大。

烟气循环技术被广泛采用，他主要是通过提取一部分通向空气预热器的烟气，使得其在锅炉炉内再次燃烧，被第二次利用，利用惰性气体能够带走一部分热量的同时降低炉内氧浓度，从而达到控制火焰的温度，使其燃烧不至于太快，这样可以一定程度上降低氮氧化物的产生。采用烟气循环方式降低氮氧化物的方法效率很高，大约每回收五分之一左右的烟气，氮氧化物排放量能够降低四分之一左右。这是比较常用的降低氮氧化物的方法，不过其缺点是占地较大，需要独立设备。

1.2 低氮燃烧

低氮燃烧技术是一种燃烧过程中的控制技术，包括空气分级燃烧和燃料分级燃烧。空气分级燃烧主要是将初始进入炉膛的煤粉先在少量空气中燃烧，以减少氧浓度有助于控制氮氧化物的生成，其余空气由上方喷口送入炉膛，煤粉继续燃烧。

低氮燃烧主要通过控制燃烧火焰温度峰值、限制在火焰峰值区和反应区内氧气含量、控制高温区停留时间以及烟气再循环等方法来减少氮氧化物的生成。

2.  理论依据

2.1  烟气循环

烟气循环本质是将在燃烧时产生的烟气重新导入燃烧进行燃烧区域，进而实现对氧化物浓度的控制，达到降低氮氧化物排放和节约能源的效果。

烟气循环技术使得火焰区域的最高温度得到了降低，进而降低了NOx的形成。同时烟气循环还降低了氧和氮的浓度，同样起到了降低NOx的作用。烟气循环技术中高温烟气对氧化剂和燃料起到预热的作用，具有明显节能效果。

2.2  低氮燃烧

低氮燃烧本质为氮氧化物、氢气、碳、一氧化碳、烃基等在一定条件下，发生反应生成氮气。根据这一特征，将80%～85%的燃料导入到一级主燃烧区，燃料在主燃区充分燃烧，生成NOx。

余下的少量约15%～20%左右燃料送入二级再燃烧区，再燃区过量空气系数α<1，具有强还原性气氛，在一级主燃区生成的NOx被还原，同时抑制新NOx的生成，之后将这两部分气体混合，反应生成氮气。

这种方法效率非常高，一次反应可以使排放量降低一半左右，且可通过反应起到反馈作用，抑制氮氧化物再生。

3  改造技术措施

3.1  烟气循环改造情况

锅炉烟气循环技术通过提取一部分经过除尘器净化后的烟气，使之返回锅炉，在炉内进行二次利用，惰性气体可以带走部分热量同时降低锅炉内的氧浓度，进而达到控制火焰温度，降低燃烧速度，最终降低氮氧化物的产生。

烟气循环的效率很高，通常情况下，每回收四分之一的烟气，氮氧化物排放量可以减少五分之一。

3.2  原始参数

A.燃烧器布置方式

三层布置。上两层为高炉煤气燃烧器，数量8台/台锅炉，每台锅炉煤气消耗量约为4400Nm3/h。最下层转炉煤气燃烧器，数量为4台/台锅炉，每台转炉煤气消耗量约为7500Nm3/h。

B.燃气条件

所用高炉煤气热值为720-850kcal/Nm3，高炉煤气压力为8-15KPa。

所用转炉煤气热值为1200-1500kcal/Nm3，转炉煤气压力为8-12KPa。

所用焦炉煤气热值为4000kcal/Nm3，转炉煤气压力为6-8KPa。

C.燃料工况

高炉煤气50000-60000Nm3/h，煤气温度30-80℃。

转炉煤气50000-60000Nm3/h，煤气温度30-50℃。

高炉煤气10000Nm3/h，煤气温度30-50℃。

锅炉点火和启动燃料为焦炉煤气，热风温度约为180℃。

3.3  改造后燃烧器参数要求

改造完成后，燃烧器参数与原来保持一致，保证130t/h锅炉的正常运行出力，且降低NOX值，达到现行国标排放要求。

3.4 具体措施

根据以上分析与说明，本改造方案采取的具体措施如下。

A.采用煤气分级燃烧，内外层空气分级掺混的新型防堵低氮型煤气燃烧器，并通过改变空煤气气流方向，形成湍流掺混结垢，加强空煤气的混合燃烧，能够有效降低NOX值，在纯燃烧高炉煤气的锅炉上使用，可同时解决燃气喷口因煤气脏堵塞叶片的问题，点火及燃烧效果料号。在设计工况下产汽量没有发生变化的情况下，能够满足使用要求。

B.燃烧器的稳焰砖不变，助燃风及煤气进口管道不变，进更换燃烧器即可。减少改造来那个，缩短工期，降低改造费用。所采用的低氮燃烧器型号为SBN-GL-10000C型，数量为12个。

4  实施效果

单一应用烟气循环技术的情况下，锅炉烟气氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脱除率约为52%;在单一应用低氮燃烧技术的情况下，锅炉烟气氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脱除率约为47%;同时应用两种方法，锅炉烟气氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脱除率约为61%;由此可见，同时应用烟气循环与低氮燃烧技术大大有益于锅炉烟气氮氧化物的降低。

参考文献：

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