降低煤粉燃烧过程中NOX生成的研究.docx

降低煤粉燃烧过程中NOX生成的研究摘要：分析了煤粉燃烧生成NOX的3种机理，了降低NOX生成的措施，运用循环流化床(CFB)燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、催化燃烧技术、烟气再循环燃烧技术，在综合各项降低NOX生成措施的基础上，提出了降低NOX生成较为理想的燃烧方法：在燃料分级的基础上加入催化剂。关键词：煤粉燃烧；降低NOX生成；机理1引言近几年来，我国火电装机容量大幅度提高，燃煤量也随之上升。煤炭作为一种化石燃料，在燃烧过程中形成的氮氧化物，如不及时控制处理，会与碳氢化合物在晴天阳光紫外线的作用下，形成一种浅蓝色的光化学烟雾，数日不散。这既不利于人与自然的和谐发展，也与人类追求高质量的生活环境相违背。脱除燃烧生成的NOX，目前有2种方法，一种就是在燃烧过程中除去NOX，另一种即在排除烟气时脱去其中的NOX。从NOX的生成机理上，主要从燃烧过程中寻找相应的措施，并在前人经验的基础上，提出了比较理想的控制NOX燃烧技术。2NOX生成机理煤作为一种化石能源，在数千年的形成过程中，它本身含有氮元素。当煤作为一种燃料燃烧时遇到空气中的氧气，这些氮元素在不同的温度下与氧生成不同的氮氧化物，这些氮氧化物以NO、NO2、N2O、N2O5的形式存在，其中NO和NO2统称为NOX，NOX也是煤燃烧过程中的主要生成物，而NO在NOX中占到90%以上，NO2占5%~10%。煤燃烧过程中，在生成NOX的过程中，同时也有NOX被还原成N2的化学反应生成，这些反应受温度以及燃料浓度的影响。NOX的生成主要有几个方面。2.1热力型NOX的生成热力型NOX的生成是指助燃空气中的氮在1500℃以上的高温环境下遇到氧生成的氮氧化物，也称为温度型的NOX。反应如下：N2+ONO+N，N+O2NO+O，N+OHNO+H.高温环境下总的反应方程式为：N2+O22NO,NO+12O2NO2.热力型NOX生成预测式：=λ+1/2t式中，，，分别为相应组分NO，N2，O2的浓度；λ为反应速度常数，与温度成指数函数关系，随着温度的上升而急剧增大；t为时间。从以上NOX生成关系中可以看出，NOX的生成量主要与温度有关，所以降低火焰温度以及燃料在高温区的停留时间来抑制热力型的NOX生成是很有效的。2.2快速反应型NOX的生成快速型NOX是Fenimore在1971年发现的，指的是在燃料过浓的情况下,即过剩空气系大于1的情况下，燃烧时，产生的活性碳化氢(CHi)等撞击空气中的N2分子，然后再经过一系列的反应，最后氧化成NO。煤燃烧时，在煤的挥发物燃烧阶段，煤粒周围的扩散火焰中会有快速型NOX产生，在a<071时，几乎全是快速型的NOX。但也有人认为燃煤设备中NOX的生成量占总NOX生成量的5%以下，通常不予考虑。以上2种NOX生成方式都不是主要的，最重要的，也是占比重最大的就是燃料型的NOX。2.3燃料型NOX的生成由燃料中的氮燃烧形成的NOX称为燃料型的NOX。在煤粉炉中，燃料型的NOX占总的NOX的70%~80%。这种由于煤本身的分子结构中存在的氮元素，这在煤分子结构的Wise模型中可以看出,见图1。这种含在煤分子结构本身的氮元素，除了煤种的选择之外，无法事先除去氮。但是如果对燃料脱氮，将燃料转化为低氮燃料是比较困难的，成本会很高，鉴于公司追求利益的最大化的目的，该项技术的推广就比较困难。只能在煤燃烧的时候想办法把生成的NOX除去。国内外许多研究者提出了很多方法。本文结合电力系统运行的实际经验：NOX的生成量与燃烧环境中的氧气浓度，燃料在高温区的停留时间，火焰温度及温度分布不均匀等特性有关。图1煤分子的Wise模型3降低NOX生成的措施3.1循环流化床(CFB)燃烧技术CFB燃烧技术具有分级燃烧特点，炉膛下部处于缺氧区域形成较强的还原性气氛抑制了NO的生成。而且由于循环流化床锅炉燃烧室内的热负荷比较低，这对热力型的NOX的形成来说是很不利的，因为热力型的NOX受温度的影响相当大，当温度低于1500℃时,热力型的NOX生成量很小，当温度大于1500℃时，空气中的氮气间的N≡N键将被破坏，此时热力型NOX的生成量与温度小于1500℃时的生成量相比，生成量大大增加，且随着温度的升高，由热力型NOX生成预测式可知其生成量成指数增加。因此循环流化床锅炉烟气的排放中NOX的浓度都保持在很低的水平,一般在80~100mg/Nm3之间。3.2空气分级燃烧技术该技术是将空气分成二或三级分别送入炉内，形成一、二次燃烧区。这是目前国内外用得最多的一种技术，在技术上也比较成熟。其方法有整体空气分级直流燃烧、空气分级旋流燃烧。其中整体空气