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      淺析低氮燃燒技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

      2021-01-28 07:50:32靳森嘉
      中國設(shè)備工程 2021年2期
      關(guān)鍵詞:氮氧化合物一氧化氮氮氧化物

      靳森嘉

      (中國電能成套設(shè)備有限公司,北京 100080)

      中國科研實(shí)力逐步提升致使中國在鍋爐低氮燃燒技術(shù)方面獲得更高成就,但中國在低氮燃燒技術(shù)方面仍然處于探索階段,在應(yīng)用過程中難免存在一些問題。隨著中國工業(yè)生產(chǎn)前景愈發(fā)明晰,人們逐漸認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性,在保證工業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)行情況下,減輕環(huán)境方面污染。電廠生產(chǎn)所產(chǎn)生氮氧化合物嚴(yán)重影響環(huán)境,有效控制氮氧化合物產(chǎn)生與排放,成了電廠重要的發(fā)展目標(biāo)。為了更好地控制氮氧化合物,火電廠重視燃燒器改造,旨在加強(qiáng)對(duì)燃燒技術(shù)的改進(jìn),為構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。

      1 低氮燃燒技術(shù)概述

      電廠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中,主要憑借燃燒原料來獲得熱量,原料燃燒過程中,由于多種因素影響催生氮氧化合物,氮氧化合物直接影響環(huán)境。電廠運(yùn)行過程中,氮氧化合物的產(chǎn)生途徑主要有燃料型氮氧化合物、熱力型氮氧化合物以及快速型氮氧化合物。為了能夠減少電廠氮氧化合物的產(chǎn)生與排放,需要明確氮氧化物產(chǎn)生原因與產(chǎn)生途徑,采取針對(duì)性措施,經(jīng)由分析進(jìn)一步了解氮氧化物產(chǎn)生方式,如降溫、增加鼓風(fēng)、降時(shí)間等,經(jīng)過降低燃燒溫度,有利于減少氮氧化物產(chǎn)生,造成燃燒效率降低,威脅供電生產(chǎn),因此,采取降低燃燒溫度需要在正常供電前提下使用,考慮到全面降溫難度較高,在降溫時(shí)很難保證不出現(xiàn)局部高溫情況,那么,可以借助降溫方式來降氮。為了能夠達(dá)到更理想的降氮效果,那么,注重注重燃燒技術(shù)改進(jìn),逐漸調(diào)整燃燒器技術(shù),同時(shí),調(diào)整燃燒器布局、燃燒器和主燃燒區(qū)距離。燃燒時(shí),需要重點(diǎn)關(guān)注送風(fēng)技術(shù),做好燃料分級(jí)燃燒,重視鼓風(fēng)量掌控,這樣不僅有利于控制氮?dú)猓€有利于提升燃燒效率。總之,為了能夠優(yōu)化低氮燃燒技術(shù),首先,要做好燃燒原料固態(tài)脫硝處理,避免氧化出現(xiàn)氮氧化物,燃燒時(shí)若出現(xiàn)燃料氣化后,需要做好鼓風(fēng)量控制,盡可能降低氮的產(chǎn)生,確保燃燒效率,有效控制整個(gè)燃燒過程的溫度,最終實(shí)現(xiàn)降氮。

      2 煤燃燒氮氧化合物生成原理與生成方式

      2.1 氮氧化合物生產(chǎn)原理

      NO與NO2統(tǒng)稱為氮氧化合物,燃煤電廠通過煤燃燒產(chǎn)生氮氧化合物。氮氧化合物主要由90%以上的一氧化氮與10%以下的二氧化氮構(gòu)成,從氮氧化合物的生成機(jī)理,氮氧化合物分為燃料型氮氧化合物、熱力型氮氧化合物與快速型氮氧化合物。

      2.2 熱力型氮氧化合物

      熱力型氮氧化合物是爐膛溫度超過1350攝氏度以上,高溫下的氮?dú)獗谎趸a(chǎn)生氮氧化合物,若是爐膛溫度足夠高,熱力型氮氧化合物甚至可能達(dá)到20%,影響空氣內(nèi)氮分轉(zhuǎn)化成氮氧化合物各類因素中,溫度因素的影響非常顯著。為了能夠縮短高溫區(qū)域煙氣停留時(shí)間,降低煙氣的溫度與高分區(qū)局部氧氣濃度,有利于降低熱力型氮氧化合物。

      2.3 燃料型氮氧化合物

      燃料型氮氧化合物指燃料中有機(jī)氮化物燃燒中生成氮氧化合物,空氣燃料混合比直接影響氮氧化合物生成量。燃料型氮氧化合物占氮氧化合物總生成量75%~90%左右。燃料型氮氧化合物是經(jīng)由燃料固有氮氧化合物燃燒后轉(zhuǎn)化。燃料氮是燃煤中氮氧化合物主要來源,燃料型一氧化氮比熱力型一氧化氮更容易形成。經(jīng)過研究來看,燃料氮所形成氮氧化合物占鍋爐氮氧化合物總量60%~80%。此外,燃料氮主要存在于焦碳與揮發(fā)分中。由于煤的種類不同,揮發(fā)份氮生成的氮氧化合物占燃料氮總量60%~80%,焦碳氮生產(chǎn)則占20%~40%。

      2.4 瞬發(fā)型氮氧化合物

      瞬發(fā)型氮氧化合物生成機(jī)理是分子氮在火焰前沿,在參與氮?dú)浠衔飾l件下,經(jīng)由中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)成一氧化氮,氧量與溫度直接影響一氧化氮轉(zhuǎn)化率。根據(jù)實(shí)驗(yàn),瞬發(fā)型氮氧化合物在富燃料碳氧化合物火焰中具有非常重要的作用。溫度升高,一氧化氮生成顯著性越強(qiáng),證明瞬發(fā)型氮氧化合物排放量僅占總量5%,很好進(jìn)行詳細(xì)研究。

      3 低氮燃燒技術(shù)的分類

      3.1 燃燒分級(jí)技術(shù)

      所謂燃燒分級(jí)技術(shù),主要是主燃燒形成初期燃燒區(qū)上方產(chǎn)生二次燃料噴入,構(gòu)成富燃料燃燒再燃區(qū),當(dāng)?shù)趸衔镞M(jìn)入再燃區(qū)后,將會(huì)被還原成為氮?dú)?。燃燒分?jí)技術(shù)有利于保證再燃區(qū)不完全燃燒產(chǎn)物可以燃燼,那么,再燃區(qū)上需要設(shè)置燃盡風(fēng)噴口。燃燒分級(jí)技術(shù)關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)變?cè)偃紵齾^(qū)燃料和空氣間比例;燃燒分級(jí)技術(shù)問題則有利于降低不完全燃燒損失,那么,就需要對(duì)再燃區(qū)煙氣加強(qiáng)三級(jí)燃燒,這就使得配風(fēng)系統(tǒng)更加復(fù)雜。

      3.2 低氮燃燒器技術(shù)

      空氣分級(jí)原理、燃料分級(jí)原理融入燃燒器設(shè)計(jì),有利于減少著火區(qū)溫度與氧濃度,有效控制氮氧化合物的生成量,那么,低氮燃燒器技術(shù)在其中具有至關(guān)重要的作用,在正常條件下,低氮燃燒器技術(shù)能夠減少氮排放濃度30%~50%。

      3.3 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

      空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是目前應(yīng)用范圍更廣泛低氮燃燒技術(shù),空氣分級(jí)燃燒技術(shù)主要原理在于燃燒燃燒過程的分段??諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)獎(jiǎng)燃燒用風(fēng)分成一次風(fēng)與二次風(fēng),旨在于降低燃料燃燒區(qū)空氣量,提升燃燒區(qū)燃料濃度,推遲一次風(fēng)與二次風(fēng)間混合時(shí)間,燃料進(jìn)入爐膛后構(gòu)成富燃料區(qū),致使富燃料區(qū)燃料出現(xiàn)缺氧燃燒,借此減少燃料型氮氧化合物生成。缺氧燃燒所產(chǎn)生煙氣和二次風(fēng)進(jìn)行混合,致使燃料完全燃燒。從目前來看,空氣分級(jí)燃燒技術(shù)和其他初級(jí)控制措施相結(jié)合,構(gòu)成新建鍋爐整體設(shè)計(jì)組成部分,在適度控制氮氧化合物排放要求下,鍋爐的低氮排放技術(shù)改造成為了首選。以水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)為例,水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)主要是選擇與煙氣垂直的爐膛斷面組織分級(jí)燃燒,借助一次風(fēng)與二次風(fēng)不等切圓,一部分二次風(fēng)射流偏向于爐墻實(shí)現(xiàn)。水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)不僅避免出現(xiàn)水冷壁高溫腐蝕,還能夠規(guī)避由于還原性氣氛造成的灰熔融性溫度下降,致使燃燒器附近出現(xiàn)結(jié)渣。

      4 低氮燃燒技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

      4.1 重視低氮燃燒技術(shù)的改進(jìn)

      國外技術(shù)較為發(fā)達(dá)國家在燃燒中控制氮氧化合物主要是改進(jìn)燃燒技術(shù)、氮氧化合物燃燒器分級(jí)和還原燃燒所形成的氮氧化合物,為有效改進(jìn)燃燒技術(shù)的濃淡燃燒與煙氣再循環(huán),合理改進(jìn)低氮燃燒技術(shù),減少氮氧化物排放量,有效改進(jìn)相關(guān)技術(shù),避免大幅改動(dòng)燃燒系統(tǒng),減少氮氧化物形成率,降低企業(yè)成本投資。對(duì)于分級(jí)氮氧化物燃燒器,著重改造煤粉爐燃燒器,降低燃燒器內(nèi)氧的濃度,減少氮氧化物產(chǎn)生。對(duì)有偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)燃燒器的改造最為典型,通過改造燃燒器技術(shù)有利于減少氮氧化物排放量。對(duì)于還原燃燒產(chǎn)生的氮氧化物,則需要保證燃煤內(nèi)氮氧化物形成量降低至350mg,有效控制氮氧化物。

      4.2 注重弄低氮燃燒技術(shù)創(chuàng)新

      中國在火電廠生產(chǎn)過程中,更加注重國外低氮燃燒控制技術(shù)的引進(jìn),并根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新,研究出更適合中國工業(yè)生產(chǎn)情況低氮燃燒控制技術(shù)。對(duì)于空氣分級(jí)燃燒技術(shù),借助煤粉燃燒中對(duì)氧的控制,提升煤粉爐內(nèi)煤粉燃燒的還原性,減少氮氧化物產(chǎn)生。從目前來看,整體分級(jí)低氮燃燒技術(shù)廣泛應(yīng)用到火電廠煤粉鍋爐低氮燃燒技術(shù)中。對(duì)于新型燃燒器,有效利用國外引進(jìn)的新興燃燒器,為有效控制燃煤中氮氧化物提供保證。新型燃燒器技術(shù)有利于降低氮氧化物形成,為燃煤燃燒穩(wěn)定性提供保證。從目前來看,燃煤中的常用燃燒器為圓形旋流燃燒器、多功能旋流燃燒器等,通過使用新型燃燒器有效降低氮氧化物形成,有效控制氮氧化物的排放量。

      5 結(jié)語

      經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中,需要充分考量環(huán)境因素,因此,火電廠建設(shè)過程中,注重改造低氮技術(shù),減少環(huán)境污染,提升環(huán)境保護(hù)力。在應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)過程中,需要以氮氧化合物產(chǎn)生機(jī)理為基礎(chǔ),注重技術(shù)改進(jìn)與操作改進(jìn),有效降低氮氧化合物的排放量。具體實(shí)施時(shí),通過改進(jìn)燃燒器,實(shí)現(xiàn)燃燒器分層結(jié)構(gòu)重新劃分,不僅需要降低氮氧化物的排放量,還需要提升電廠鍋爐燃燒效率。通過控制鼓風(fēng)力度與鼓風(fēng)速度,實(shí)現(xiàn)各層間差異化送風(fēng),有效滿足各層燃燒中風(fēng)量需求,提升燃燒效率。此外,在應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)時(shí),需要加大設(shè)備改進(jìn)力度與廢氣處理力度,優(yōu)化低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用效果,真正減少氮排放量,有效保護(hù)環(huán)境。

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