鍋爐低氮燃燒技術(shù)研究進(jìn)展

周陽

摘要：在我國逐漸加大對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展力度的背景下，相關(guān)部門對(duì)鍋爐燃燒排放氣體的監(jiān)管力度愈發(fā)嚴(yán)謹(jǐn)。文章以生成NOX原理、低氮燃燒技術(shù)的具體分類以及其在實(shí)際改造后的方案選擇等方向進(jìn)行分析，對(duì)低氮燃燒技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用具有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：鍋爐;低氮燃燒技術(shù)

引言

低氮化物燃燒電池技術(shù)其實(shí)是一項(xiàng)新一代技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于市場。燃?xì)忮仩t低碳含氮材料燃燒控制技術(shù)主要可以分為低氮燃燒前和過程控制中的前與NOX和低氮燃燒后的前和NOX的過程控制。一般來說，國際上普遍稱低氮燃燒前和過程控制中的前和NOX過程控制措施為第一控制措施，稱低氮燃燒后的前和NOX過程控制措施為第二控制措施。本文主要研究分析了商用燃?xì)忮仩t燃燒領(lǐng)域NOX的低碳產(chǎn)生控制機(jī)理和低碳排放控制現(xiàn)狀，介紹了低碳含氮材料燃燒控制技術(shù)及其在燃?xì)忮仩t低氮燃燒前和過程控制中的實(shí)際應(yīng)用和常見技術(shù)問題的分析處理。

一、鍋爐在燃燒過程中生成NOX的原理

煤炭和天然氣在連續(xù)長期燃燒的高溫加熱排放過程中，會(huì)經(jīng)熱反應(yīng)排放生成各種混合有機(jī)一氧化氮和其他混合有機(jī)二氧化氮等多種有機(jī)氮氧化物。一般而言，將二者合稱為NOX。其快速生成燃燒方式主要包含快速燃燒、高溫加熱氧化和快速加熱生成燃燒方式3種。第一種快速生成燃燒方式可能是要泛指焚燒燃料內(nèi)自然存在的含氮化合物，在燃燒時(shí)生成NOX。第二種空氣生成碳的方式主要是泛指燃燒空氣的碳中的一個(gè)氮?dú)庠诒容^高溫度的環(huán)境中被空氣氧化結(jié)合生成一個(gè)NOX。第三種空氣生成碳的方式主要是泛指燃燒空氣的碳中的一個(gè)氮與碳?xì)淙剂峡諝庵械囊粋€(gè)碳?xì)湓拥幕鶊F(tuán)在空氣燃燒碳的過程中結(jié)合生成一個(gè)NOX。

二、低氮燃燒技術(shù)具體分類

低氮燃燒技術(shù)不斷降低煙氣在高溫區(qū)的實(shí)際停留時(shí)間，主要是通過降低燃燒反應(yīng)溫度，不斷降低過量空氣系數(shù)，最終降低NOX，進(jìn)行綜合控制。這是目前減少燃煤鍋爐NOX排放的最重要方式。對(duì)于低氮燃燒技術(shù)，由于工藝相對(duì)成熟，與實(shí)際投資相關(guān)的運(yùn)行成本相對(duì)較低，因此在火電廠實(shí)際NOX排放控制有較好的應(yīng)用。目前，低氮燃燒技術(shù)分為以下幾類：

（一）燃料分級(jí)技術(shù)

這種技術(shù)意味著主燃燒器在初始燃燒階段加油，因?yàn)槿剂咸?，在該種狀況下初始燃燒階段的NOX被還原為N2。在燃燒過程中，初始燃燒階段為第一階段，燃燒器中的燃料在加入第二燃料后濃縮。此時(shí)燃燒為第二階段，燃料分類明確。該技術(shù)要求風(fēng)口安裝在二級(jí)燃燒區(qū)上方，因?yàn)椴煌耆紵a(chǎn)物必須在二級(jí)燃燒區(qū)完全燃燒。該技術(shù)的難點(diǎn)體現(xiàn)在二級(jí)燃燒區(qū)空燃比的連續(xù)調(diào)整上。為了盡量減少因燃燒不完全造成的燃料成本損失，需要安裝第三級(jí)燃燒區(qū)并補(bǔ)充空氣。由于設(shè)置了多層燃料燃燒區(qū)域，該技術(shù)的空氣分配系統(tǒng)非常復(fù)雜，燃料與空氣的比例不易控制。

（二）空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

目前，空氣凈化含氮低硫分級(jí)低溫材料送風(fēng)工藝技術(shù)已經(jīng)成為是現(xiàn)在乃至我國目前正在采用最普遍的一種低溫空氣含氮分級(jí)材料送風(fēng)工藝技術(shù)。其主要工作作用原理主要功能是在一次焚燒燃料連續(xù)分段燃燒時(shí)一次連續(xù)加入燃爐剩余可用空氣量并再次展開送風(fēng)進(jìn)行空氣定量和二次連續(xù)分段燃燒送風(fēng)混合處理，形成一次和二次送風(fēng)。二次送入抽風(fēng)機(jī)主要的作用于大幅降低燃爐剩余可用空氣二次連續(xù)送入的可用風(fēng)量，限制一次焚燒燃料和燃爐剩余可用空氣強(qiáng)烈混合的熱反應(yīng)不能同時(shí)生成剩余煙氣量的NOX，因?yàn)槿紶t剩余可用空氣量明顯濃度減少，燃爐內(nèi)部的燃料剩余燃燒空氣可用燃料富足，而燃爐剩余可用氧氣嚴(yán)重不足，二次燃燒后生成的剩余可用煙氣與二次送風(fēng)的空氣燃料發(fā)生強(qiáng)烈混合，從而再次燃燒?，F(xiàn)階段，此項(xiàng)技術(shù)能與其他的初控措施聯(lián)合應(yīng)用，設(shè)計(jì)出新型鍋爐。基于此項(xiàng)改進(jìn)技術(shù)使它能夠被細(xì)分為輸出氣體水平和空氣垂直兩個(gè)方向的通用空氣質(zhì)量分級(jí)器和燃燒控制技術(shù)。

（三）低氮燃燒器技術(shù)

將氣體空氣濃度分級(jí)和氣體燃燒溫度分級(jí)的具體工作原理實(shí)際應(yīng)用了解到空氣燃燒器中后再展開詳細(xì)分級(jí)設(shè)計(jì)，可以做到持續(xù)性地減小被點(diǎn)火區(qū)的氣體實(shí)際空氣濃度和燃燒溫度，從而有效率地控制空氣NOX的生成量。這種特殊分級(jí)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心特點(diǎn)就是采用低氮空氣燃燒器，通常而言，它能將氮排放濃度持續(xù)降低。

三、低氮燃燒技術(shù)在實(shí)際改造后的方案選擇

（一）針對(duì)渦輪擺動(dòng)轉(zhuǎn)角以及柴油燃盡風(fēng)扇等進(jìn)行一次全面性的設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)爐膛擺動(dòng)轉(zhuǎn)角以及上部燃盡高爐風(fēng)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行一些全面性的擺動(dòng)優(yōu)化以及其他相關(guān)的優(yōu)化調(diào)整，能夠?qū)Φ脱醺叩獱t的燃燒情況進(jìn)行良好的優(yōu)化控制。在鍋爐負(fù)荷不斷提升這樣的場形情況下，應(yīng)將上部燃盡風(fēng)還原中的鍋爐擋板不斷的增大，能夠?qū)⑸喜康趸锏膶?shí)際廢氣排放量不斷的降低，同時(shí)能夠減少上部存在的鍋爐飛灰。針對(duì)上部燃盡風(fēng)還原也應(yīng)同時(shí)進(jìn)行全面的優(yōu)化控制，進(jìn)而能夠降低鍋爐含氧量，這樣的控制方式不僅能夠有效的保證下部鍋爐中的爐膛上部處于一種低氧爐的燃燒穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)上部鍋爐保持著低氧燃燒的穩(wěn)定狀態(tài)，氮氧化物的實(shí)際生成量值也會(huì)不斷的下降，最終能夠提高整個(gè)鍋爐中低氧高氮爐的燃燒實(shí)際工作效率。

（二）燃燒器在實(shí)際中的選擇

對(duì)于低溫含氮材料燃燒來講其低氮燃燒器垂直發(fā)揮著重要的保護(hù)作用，因此選擇垂直的燃燒位置是主要的考慮環(huán)節(jié)，其中主要可以分為垂直水平和橫向垂直以及濃淡低氮燃燒器等，具有較為廣泛的應(yīng)用。對(duì)于前者而言，水平分離方向?qū)﹀仩t煤粉的濃淡濃度分離應(yīng)能夠進(jìn)行比較全面性的濃淡分離，進(jìn)而能夠保證煤粉射流與煤的爐膛筒體中心相比較接近，具有較強(qiáng)的徑向卷曲呼吸;而后者在實(shí)際鍋爐布置中以濃淡濃這樣的分離方式普遍存在，在大型燃燒器爐區(qū)中也能達(dá)到煤粉濃淡濃度分離這樣的技術(shù)目標(biāo)。

結(jié)束語

總而言之，通過分析對(duì)比，低碳高氮空氣燃燒器燃料技術(shù)目前市場更為成熟;燃燒空氣燃料分級(jí)低氮燃燒燃料技術(shù)市場投資不高;燃料空氣分級(jí)燃燒技術(shù)能使NOX的量進(jìn)一步降低。在我國工業(yè)化的發(fā)展中針對(duì)燃煤熱力鍋爐低濃度氮化的燃燒控制技術(shù)一直發(fā)揮著重要的主導(dǎo)作用，在實(shí)際工業(yè)運(yùn)行的煤燃燒中對(duì)大氣氮氧化物氮的生成過程能夠有效地進(jìn)行控制，還所以能有效減少對(duì)大氣環(huán)境的直接污染。