淺析燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)

1、    淺析燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)    鄭詩(shī)坤 孫茂泰【摘 要】在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，人民的生活水平逐漸提高，現(xiàn)代化技術(shù)以在生產(chǎn)生活中普遍應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展勢(shì)必帶來(lái)能源的消耗，環(huán)境問題也隨之而來(lái)。本文對(duì)nox的產(chǎn)生途徑以及控制措施、低氮燃燒技術(shù)分類介紹、低氮燃燒技術(shù)存在的問題做了簡(jiǎn)單介紹，這對(duì)低氮燃燒技術(shù)在燃煤鍋爐中的應(yīng)用具有一定現(xiàn)實(shí)意義。【關(guān)鍵詞】低氮燃燒技術(shù)；鍋爐；措施引言：從有關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查數(shù)據(jù)得知，目前我國(guó)目前化工能源行業(yè)二氧化硫的排放量已經(jīng)超過1500萬(wàn)噸，氮氧化物的排放量已經(jīng)超過2500萬(wàn)噸。按當(dāng)下發(fā)展趨勢(shì)，在2025年的氮氧化物排放量將達(dá)到35

2、00萬(wàn)噸。由此引發(fā)的環(huán)境問題已經(jīng)受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，發(fā)展必須做好環(huán)境治理工作。在2014年7月出臺(tái)的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中要求二氧化氮的排放濃度不得高于100mg/m3，這一標(biāo)準(zhǔn)的推出使得各家鍋爐企業(yè)對(duì)自己的排放更加重視，鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣中二氧化硫和氮氧化物更是標(biāo)準(zhǔn)中的重點(diǎn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的制定ui與煙氣污染控制有著十分重要的意義。當(dāng)下燃煤鍋爐脫硝技術(shù)的研究重點(diǎn)主要還是放在熱反應(yīng)中的nox控制以及熱反應(yīng)后的nox控制。在國(guó)際交流中通常將熱反應(yīng)中的nox控制手段叫做一次措施。將熱反應(yīng)后的nox控制手段叫做二次措施，這就是我們常說的煙氣脫硝技術(shù)。文章主要對(duì)燃煤鍋爐燃燒過程中普遍使用的部分以及部分

3、注意。1.nox的產(chǎn)生途徑以及控制措施1.1 nox的產(chǎn)生路徑及類型nox是主要的空氣污染源之一，當(dāng)它的濃度達(dá)到一定限制后會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大危害，這也對(duì)于公共安全造成威脅。在燃煤鍋爐系統(tǒng)工作中會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物，根據(jù)運(yùn)行情況的不同，如原料熱反應(yīng)情況和熱能動(dòng)力情況的變化，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的nox也不同。在熱反應(yīng)中形成的nox是由于原料本身就含有一定的含氮量，含氮化合物在燃燒中轉(zhuǎn)化為氮氧化物。在熱反應(yīng)達(dá)到700±100時(shí)，原料中的含氮化合物就會(huì)氧化成氮氧化物。與此同時(shí)的氮氧化物合成與分解都是由原料特性及組成決定的，體系溫度也會(huì)對(duì)氮氧化物的合成分解產(chǎn)生一定影響。但在熱作用下形成的氮氧化物有所不同

4、，它的來(lái)源主要是空氣中的氮?dú)猓诟邷刂醒趸纬傻趸?。與此同時(shí)燃燒溫度也會(huì)對(duì)nox的類型產(chǎn)生影響。當(dāng)反應(yīng)溫度超過1500時(shí)，nox生成路徑原理服從阿累尼烏斯定律，而且它的產(chǎn)生路徑是隨溫度的變化而變化的，當(dāng)反應(yīng)溫度越高，它的產(chǎn)生速率也會(huì)呈指數(shù)模型增長(zhǎng)。與此同時(shí)，加速產(chǎn)生的nox是指有機(jī)原料過度燃燒情況下導(dǎo)致的燃燒區(qū)附近nox加速產(chǎn)生，但在規(guī)模化的生產(chǎn)中，這種情況下在實(shí)際中并不常見。1.2 nox控制措施我們從前方給出的反應(yīng)路徑可以得知，關(guān)于nox的控制措施可以從燃燒前、燃燒過程中以及燃燒后三個(gè)階段分別入手。應(yīng)用不同的控制手段對(duì)它的產(chǎn)生進(jìn)行抑制，降低nox的生成量，達(dá)到污染控制目的。原料脫氮處理

5、是可以有以減少nox生成及環(huán)境影響的，具體辦法就是在原料進(jìn)爐之前就將其中的含氮化合物提取出來(lái)，轉(zhuǎn)化為低氮原料，這就會(huì)減少nox在燃燒中的生成，源頭控制污染的產(chǎn)生。但依目前的技術(shù)，這種方法并不是適合大規(guī)模生產(chǎn)，因?yàn)樗褂玫脑O(shè)備較為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)水平要求高、難度大，這就限制了它在工程中的應(yīng)用前景。其次介紹燃燒過程中的控制，在過程中的nox生成脫氮處理技術(shù)包括兩種手段，一是對(duì)燃燒過程中產(chǎn)生的nox進(jìn)行控制；二是對(duì)已生成的nox利用還原反應(yīng)進(jìn)行減少。對(duì)燃燒過程中產(chǎn)生的nox進(jìn)行控制，是依據(jù)它的產(chǎn)生路徑中分析得出，簡(jiǎn)單來(lái)說就是控制反應(yīng)溫度和燃燒區(qū)的氧含量、減少原料在高溫去的停留時(shí)間兩個(gè)方面完成的。目前，鍋

6、爐系統(tǒng)流程中就是按照這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。同時(shí)，還要對(duì)產(chǎn)生的nox進(jìn)行還原反應(yīng)處理，這樣又可以再次降低nox含量，達(dá)到控制目的。這兩個(gè)過程就是我們所說的燃燒過程中的脫氮技術(shù)。行業(yè)較為普及的煙氣脫硝處理技術(shù)方法包括選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法等，經(jīng)過在燃燒排放煙氣過程中加入含氮還原劑，使其在一定溫度下與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行相互還原反應(yīng)，從而生成氮?dú)夂退詼p少其危害影響。其中，scr技術(shù)作為一種選擇性催化還原法在鍋爐燃燒煙氣脫硝工藝中就具有較為廣泛的應(yīng)用。2.低氮燃燒技術(shù)分類介紹低氮燃燒技術(shù)主要是依靠降低熱反應(yīng)區(qū)溫度，較小的空氣系數(shù)，減少原料在高溫區(qū)的停留時(shí)間等手段達(dá)到降低nox濃度的目的，這

7、一手段是減少燃煤鍋爐尾氣排放中nox濃度應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。并且因?yàn)榈偷紵夹g(shù)發(fā)展較為成熟，而且投入和運(yùn)行費(fèi)用較低，已經(jīng)受到行業(yè)的認(rèn)可。2.1燃燒分級(jí)技術(shù)燃燒分級(jí)技術(shù)是在鍋爐腔體形成初始燃燒區(qū)的上方二次加入燃料，通過這個(gè)手段形成富燃料燃燒的再燃區(qū)，nox會(huì)在這個(gè)區(qū)域被還原成n2。燃燒分級(jí)技術(shù)原理是通過使不完全燃燒的產(chǎn)物充分燃燒來(lái)減少氮氧化物的產(chǎn)生，需要在再燃區(qū)的上面布置燃盡風(fēng)噴口。燃燒分級(jí)技術(shù)的目的是改變?cè)偃紵齾^(qū)原料與空氣配比；這個(gè)技術(shù)的缺點(diǎn)是由于為了解決不充分燃燒問題而需要增加新的配風(fēng)系統(tǒng)，加大投資和維護(hù)難度。2.2空氣分級(jí)燃燒技術(shù)空氣分級(jí)燃燒技術(shù)（ofa）是目前行業(yè)使用率較高的低氮燃燒技術(shù)

8、，該技術(shù)原理是將熱反應(yīng)過程劃分。ofa技術(shù)是將燃燒用風(fēng)分為兩次：一次風(fēng)和二次風(fēng)，這樣做是為了目的是減少燃料燃燒區(qū)域的一次進(jìn)風(fēng)量，用這個(gè)辦法來(lái)調(diào)節(jié)燃燒區(qū)域的燃料濃度，延緩一次風(fēng)和二次風(fēng)的混合時(shí)間，這樣富燃料區(qū)就會(huì)在爐膛中形成，燃料在富燃料區(qū)進(jìn)行缺氧燃燒，以降低燃料型nox的生成。缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣還有未充分燃燒的煙氣，這些煙氣經(jīng)過二次風(fēng)，燃料就會(huì)燃燒充分?？諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)又分水平方向和垂直方向燃燒技術(shù)，兩個(gè)技術(shù)相輔相成。（1）水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)。這種燃燒是在煙氣垂直的爐膛斷面上組織分級(jí)燃燒，它是通過將一次風(fēng)和二次風(fēng)不等切圓，部分二次風(fēng)射流偏向爐墻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)通過讓主燃燒區(qū)形成還原氣氛，

9、使氮氧化物還原為氮?dú)鈦?lái)降低nox的濃度，還可使氧化性氣氛形成在在爐墻附近，所以可以降低水冷壁的高溫腐蝕程度以及因還原性氣氛使灰熔融性溫度下降而導(dǎo)致的燃燒器附近結(jié)渣。（2）垂直方向上空氣分級(jí)燃燒技術(shù)。將燃料所需的空氣分成2部分送入爐膛：一部分為主二次風(fēng)，另一部分為燃盡風(fēng)。因此，在熱反應(yīng)中會(huì)分成3個(gè)區(qū)域，即熱解區(qū)、貧氧區(qū)和富氧區(qū)。上部燃盡風(fēng)送入爐膛時(shí)，已經(jīng)避開了高溫火焰區(qū)，使未燃盡產(chǎn)物能夠完全燃燒。3.低氮燃燒技術(shù)存在的問題低氮燃燒技術(shù)在應(yīng)用中最為廣泛，而且技術(shù)簡(jiǎn)單，投入較小。燃煤鍋爐尾氣中污染物眾多，但nox是唯一可以通過改進(jìn)燃燒方式來(lái)減少濃度的污染物。工程中應(yīng)用的低氮燃燒技術(shù)也會(huì)遇到各種問題。（1）不完全燃燒損失的增加時(shí)由于在二段空氣量過大，經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)二次風(fēng)的氣量是總量的15%20%效果較好。（2）較低溫度、較低氧量的燃燒環(huán)境會(huì)降低鍋爐的燃燒效率，在不提高燃料（例如煤粉）細(xì)度的情況下，飛灰可燃物含量會(huì)增加；由于在燃燒器區(qū)域缺氧燃燒，爐膛壁面附近的co含量增加，可能會(huì)引起水冷壁管的金屬腐蝕。4.結(jié)語(yǔ)文章對(duì)低氮燃燒技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣脫硝中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，希望提供給有興趣的研究人員一些有利于鍋爐燃燒煙氣脫硝工藝發(fā)展的幫助，為降低煙氣排放污染影響出一份力。參考文獻(xiàn)：1