低氮分级燃烧技术.doc

低氮分级燃烧技术

一.低NOx优化燃烧技术的分类及比较
为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NO、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。
1.1炉内脱氮
炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低NOx燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉内脱氮技术的比较。
表2
技术名称效果优点缺点低氧燃烧根据原来运行条件，最多降低20%投资最少导致飞灰含碳量增加降低投入运行的燃烧器数目15%—30%投资低，易于锅炉改装有引起炉内腐蚀和结渣的可能，并导致飞灰含碳量增加空气分级燃烧（OFA）最多30%投资低并不是对所有炉膛都适用，有可能引起炉内腐蚀和结渣，并降低燃烧效率低NOx燃烧器与空气分级燃烧相结合时可达60%用于新的和改装的锅炉，中等投资，有运行经验结构比常规燃烧器复杂.烟气再循环（FGR）最多20%能改善混合燃烧，中等投资增加再循环风机，使用不广泛燃料分级(再燃)达到50%适用于新的和改造现有锅炉，可减少已形成的NOX，中等投资可能需要增加第二种燃料，可能导致飞灰含碳量增加，运行经验较少
1.2尾部脱氮
尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NOx排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。
催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将NOx还原为无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高，且需消耗氨和燃料，但由于对NOx效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用，催化还原法可分为选择性非催化还原法和选择性催化还原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。
液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的NOx。该法工艺简单，能够以硝酸盐等形式回收N进行综合利用，但是吸收效率不高。
吸附法是用吸附剂对烟气中的NOx进行吸附，然后在一定条件下使被吸附的NOx脱附回收，同时吸附剂再生。此法的NOx脱除率非常高，并且能回收利用。但一次性投资很高。
炉内脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NOx燃烧技术是降低燃煤锅炉NOx排放最主要也是比较成熟的技术措施。一般情况下，这些措施最多能达到50%的脱除率。当要进一步提高脱除率时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NOx排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。
根据我国发展现状和当前经济实力还不雄厚的国情，以及相对宽松的国家标准CB13223一2003，在今后相当长一段时间内，我国更适合发展投资少、效果也比较显著的炉内脱氮技术。即使采用烟气净化技术，同时采用低NOx燃煤技术来控制燃烧过程NOx的产生，以尽可能降低化设备的运行和维护费用。
表2中各炉内脱氮技术又以燃料分级效率较高。燃料再燃技术是有效的降低NOx排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉，NOx排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NOx排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低，另一方面则是出于技术经济上的考虑。进入90年代，我国严重缺电局面开始缓和，大气污染日益严重，1994年全国85个大中城市中NOx超标的城市就有30个，占35%。1998年对全国322个省控城市量监测结果分析，NOx年日平均值范围在0.006一0.152mg/m3，全国平均为0.037mg/m3，治理大气污染成为十分迫切的任务。随着环保要求的不断提高，研究适应我国国情的低成本的再燃低NOx燃烧技术具有良好的前景。
二.分级燃烧原理
抑制NOx的生成可采取的措施有：
1.降低锅炉峰值温度,将燃烧区的煤粉量降低。
2.降低氧浓度（即降低过量空气系数），将部分二次风管堵住。
3.由于要保证锅炉的出力，可将部分煤粉和空气从锅炉上部投入，这样就控制了燃烧火焰中心区域助燃空气的数量，缩短燃烧产物在高温火焰区的停留时间，避免了高温和高氧浓度的同时存在。
4．在炉膛中设立再燃区，利用在主燃区中燃烧生成的烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm等，将NO的还原成N2。
如示意图1所示。

燃料+空气→NO
CO+O2→CO2
NO+CHi→N2等
燃料+空气→NO
燃尽区α=1.167
再燃区α=0.8～0.9
主燃区α=0.9～1
燃尽风
再燃燃料
一次燃料
一、二次风

图1分级燃烧原理图

将80%～85%的燃料送入主燃区,燃料在主燃区燃烧生成NOx,15%～20%的燃料送入再燃区,再燃区过量