锅炉低氮燃烧技术研究进展

周阳

摘要：在我国逐渐加大对生态环境保护与工业领域发展力度的背景下，相关部门对锅炉燃烧排放气体的监管力度愈发严谨。文章以生成NOX原理、低氮燃烧技术的具体分类以及其在实际改造后的方案选择等方向进行分析，对低氮燃烧技术在实际中的应用具有促进作用。

关键词：锅炉;低氮燃烧技术

引言

低氮化物燃烧电池技术其实是一项新一代技术，目前广泛应用于市场。燃气锅炉低碳含氮材料燃烧控制技术主要可以分为低氮燃烧前和过程控制中的前与NOX和低氮燃烧后的前和NOX的过程控制。一般来说，国际上普遍称低氮燃烧前和过程控制中的前和NOX过程控制措施为第一控制措施，称低氮燃烧后的前和NOX过程控制措施为第二控制措施。本文主要研究分析了商用燃气锅炉燃烧领域NOX的低碳产生控制机理和低碳排放控制现状，介绍了低碳含氮材料燃烧控制技术及其在燃气锅炉低氮燃烧前和过程控制中的实际应用和常见技术问题的分析处理。

一、锅炉在燃烧过程中生成NOX的原理

煤炭和天然气在连续长期燃烧的高温加热排放过程中，会经热反应排放生成各种混合有机一氧化氮和其他混合有机二氧化氮等多种有机氮氧化物。一般而言，将二者合称为NOX。其快速生成燃烧方式主要包含快速燃烧、高温加热氧化和快速加热生成燃烧方式3种。第一种快速生成燃烧方式可能是要泛指焚烧燃料内自然存在的含氮化合物，在燃烧时生成NOX。第二种空气生成碳的方式主要是泛指燃烧空气的碳中的一个氮气在比较高温度的环境中被空气氧化结合生成一个NOX。第三种空气生成碳的方式主要是泛指燃烧空气的碳中的一个氮与碳氢燃料空气中的一个碳氢原子的基团在空气燃烧碳的过程中结合生成一个NOX。

二、低氮燃烧技术具体分类

低氮燃烧技术不断降低烟气在高温区的实际停留时间，主要是通过降低燃烧反应温度，不断降低过量空气系数，最终降低NOX，进行综合控制。这是目前减少燃煤锅炉NOX排放的最重要方式。对于低氮燃烧技术，由于工艺相对成熟，与实际投资相关的运行成本相对较低，因此在火电厂实际NOX排放控制有较好的应用。目前，低氮燃烧技术分为以下几类：

（一）燃料分级技术

这种技术意味着主燃烧器在初始燃烧阶段加油，因为燃料太多，在该种状况下初始燃烧阶段的NOX被还原为N2。在燃烧过程中，初始燃烧阶段为第一阶段，燃烧器中的燃料在加入第二燃料后浓缩。此时燃烧为第二阶段，燃料分类明确。该技术要求风口安装在二级燃烧区上方，因为不完全燃烧产物必须在二级燃烧区完全燃烧。该技术的难点体现在二级燃烧区空燃比的连续调整上。为了尽量减少因燃烧不完全造成的燃料成本损失，需要安装第三级燃烧区并补充空气。由于设置了多层燃料燃烧区域，该技术的空气分配系统非常复杂，燃料与空气的比例不易控制。

（二）空气分级燃烧技术

目前，空气净化含氮低硫分级低温材料送风工艺技术已经成为是现在乃至我国目前正在采用最普遍的一种低温空气含氮分级材料送风工艺技术。其主要工作作用原理主要功能是在一次焚烧燃料连续分段燃烧时一次连续加入燃炉剩余可用空气量并再次展开送风进行空气定量和二次连续分段燃烧送风混合处理，形成一次和二次送风。二次送入抽风机主要的作用于大幅降低燃炉剩余可用空气二次连续送入的可用风量，限制一次焚烧燃料和燃炉剩余可用空气强烈混合的热反应不能同时生成剩余烟气量的NOX，因为燃炉剩余可用空气量明显浓度减少，燃炉内部的燃料剩余燃烧空气可用燃料富足，而燃炉剩余可用氧气严重不足，二次燃烧后生成的剩余可用烟气与二次送风的空气燃料发生强烈混合，从而再次燃烧。现阶段，此项技术能与其他的初控措施联合应用，设计出新型锅炉。基于此项改进技术使它能够被细分为输出气体水平和空气垂直两个方向的通用空气质量分级器和燃烧控制技术。

（三）低氮燃烧器技术

将气体空气浓度分级和气体燃烧温度分级的具体工作原理实际应用了解到空气燃烧器中后再展开详细分级设计，可以做到持续性地减小被点火区的气体实际空气浓度和燃烧温度，从而有效率地控制空气NOX的生成量。这种特殊分级设计的一个核心特点就是采用低氮空气燃烧器，通常而言，它能将氮排放浓度持续降低。

三、低氮燃烧技术在实际改造后的方案选择

（一）針对涡轮摆动转角以及柴油燃尽风扇等进行一次全面性的设计优化

针对炉膛摆动转角以及上部燃尽高炉风应同时进行一些全面性的摆动优化以及其他相关的优化调整，能够对低氧高氮炉的燃烧情况进行良好的优化控制。在锅炉负荷不断提升这样的场形情况下，应将上部燃尽风还原中的锅炉挡板不断的增大，能够将上部氮氧化物的实际废气排放量不断的降低，同时能够减少上部存在的锅炉飞灰。针对上部燃尽风还原也应同时进行全面的优化控制，进而能够降低锅炉含氧量，这样的控制方式不仅能够有效的保证下部锅炉中的炉膛上部处于一种低氧炉的燃烧稳定状态，同时上部锅炉保持着低氧燃烧的稳定状态，氮氧化物的实际生成量值也会不断的下降，最终能够提高整个锅炉中低氧高氮炉的燃烧实际工作效率。

（二）燃烧器在实际中的选择

对于低温含氮材料燃烧来讲其低氮燃烧器垂直发挥着重要的保护作用，因此选择垂直的燃烧位置是主要的考虑环节，其中主要可以分为垂直水平和横向垂直以及浓淡低氮燃烧器等，具有较为广泛的应用。对于前者而言，水平分离方向对锅炉煤粉的浓淡浓度分离应能够进行比较全面性的浓淡分离，进而能够保证煤粉射流与煤的炉膛筒体中心相比较接近，具有较强的径向卷曲呼吸;而后者在实际锅炉布置中以浓淡浓这样的分离方式普遍存在，在大型燃烧器炉区中也能达到煤粉浓淡浓度分离这样的技术目标。

结束语

总而言之，通过分析对比，低碳高氮空气燃烧器燃料技术目前市场更为成熟;燃烧空气燃料分级低氮燃烧燃料技术市场投资不高;燃料空气分级燃烧技术能使NOX的量进一步降低。在我国工业化的发展中针对燃煤热力锅炉低浓度氮化的燃烧控制技术一直发挥着重要的主导作用，在实际工业运行的煤燃烧中对大气氮氧化物氮的生成过程能够有效地进行控制，还所以能有效减少对大气环境的直接污染。