淺談低氮燃燒技術及其改造方法

張紅月

摘要：隨著我國的經濟建設的不斷發展，對于能源的需求在不斷地加大。在工業上，火電廠作為重要的能源來源，對生產的發展起到了重要的作用。但是在生產中，由于氮氧化物的排放，嚴重的影響了生態環境的建設與人們的生命健康。因此，需要加強其技術的改進。文章通過對低氮燃燒技術進行綜合的分析，并對其改造技術進行了闡述，以期能夠提供一個借鑒。

關鍵詞：低氮燃燒技術；應用；改造方法

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

1.煤燃燒NOX的生成原理及生成方式

1.1NOX的生成原理

NOX是NO和NO2的統稱，燃煤電廠煙氣中的NOX主要是通過煤燃燒產生的。燃燒生成的NOX通常是由超過90%的NO和小于10%的NO2組成。依據氮氧化物生成機理，可分為3類，分別是熱力型、燃料型和快速型NOX。

1.2熱力型NO

熱力型NOX是指當爐膛溫度達到1350℃以上時，空氣中的氮氣在高溫下被氧化生成NOX，當溫度足夠高時，熱力型NOX甚至可達20%。在影響空氣中的氮分轉化為NOX的量的各種因素中，溫度的影響尤為顯著。降低煙氣溫度、縮短煙氣在高溫區域的停留時間和降低高溫區域局部氧氣濃度可有效地降低熱力型NOX。

1.3燃料型NO

燃料型NOX指的是燃料中有機氮化物在燃燒過程中生成的NOX，其生成量的多少主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOX約占NOX總生成量的75%～90%。燃料型NO是由燃料本身固有氮化合物在燃燒時轉化而成。燃料氮是燃煤過程中NOX的主要來源，燃料型NO比熱力型NO更易于形成。研究表明，燃料氮形成的NOX要占鍋爐NOX排放總量的60%～80%。另外，燃料氮分布于揮發分和焦碳中。根據煤種的不同，揮發份氮生成的NOX占燃料氮總NOX的60%～80%，焦碳氮生成的占20%～40%。

1.4瞬發型

NO瞬發型NO生成機理為分子氮在火焰前沿的早期階段，在碳氫化合物的參與影響下，通過中間產物轉換為NO，其轉換率取決于氧量和溫度。實驗證實，這一機理在富燃料的碳氫化合物火焰中較為重要。HCN可進一步氧化生成NO。隨溫度的升高，其重要性顯著增大。研究表明瞬發型NO其排放量僅占NO總量的5%，一般不作詳細研究。

2.低氮燃燒技術的應用

2.1改進低氮燃燒技術

在國外工業技術發達的國家，對燃燒產生的氮氧化物控制的主要燃燒技術有對燃燒技術的改進、分級氮氧化物的燃燒器以及對燃燒形成的氮氧化物還原這三大類技術。1)改進的燃燒技術有煙氣再循環和濃淡燃燒等。利用這些措施可以對低氮燃燒技術進行合理的改進，從而降低氮氧化物的排放量。利用這些改進方法，就不需要對燃燒系統進行大改，不但降低了氮氧化物的形成率，也降低了企業的成本投資；2)分級氮氧化物燃燒器。對煤粉爐的燃燒器進行改造的主要目的就是降低燃燒器中氧的濃度，從而降低氮氧化物的產生。比較典型的燃燒器改造有偏轉二次風燃燒器。這種對燃燒器改造的技術也可以有效的降低氮氧化物的排放量；3)還原燃燒產生的氮氧化物。這種低氮技術主要包括低氮氧化物燃燒器以及燃料分級氮氧化物形成技術等。這些技術可以使燃煤中氮氧化物的形成量降低到350mg/擴從而有效的控制了氮氧化物的產生。

2.2我國創新低氮燃燒技術

我國在火電廠生產中引進國外的相關低氮燃燒控制技術，在這些技術的基礎上進行創新研究，從而研究出適合我國工業生產情況的低氮燃燒控制技術，主要有空氣分級燃燒技術、新型燃燒器以及其他氮氧化物降低技術這三大類創新技術。1)空氣分級燃燒技術。所謂空氣分級燃燒就是利用煤粉燃燒中對氧的控制，使得煤粉爐中煤粉的燃燒有著一定的還原性，從而降低氮氧化物的產生。目前廣泛應用于火電廠煤粉鍋爐中的低氮燃燒技術就是整體分級低氮燃燒技術；2)新型燃燒器，對從國外引進的新型燃燒器加以創新運用，從而保證我國在燃煤中對氮氧化物的有效控制。這種技術的主要作用就是保證燃煤中的燃燒穩定性，從而降低氮氧化物的形成有著非常重要的作用?，F今在燃煤中常用的燃燒器有多功能旋流燃燒器以及圓形旋流燃燒器等。通過對新型燃燒器的使用，可以有效的降低氮氧化物的形成，進而達到對氮氧化物排放量的有效控制。

3.低氮燃燒技術分類介紹

3.1燃燒分級技術

燃燒分級技術是在主燃燒器形成初始燃燒區的上方噴入二次燃料，從而形成富燃料燃燒的再燃區，當NOx進入該區域時將被還原成N2。燃燒分級技術為了保證再燃區的不完全燃燒產物能夠燃燼，需要在再燃區的上面布置燃盡風噴口。燃燒分級技術的關鍵因素是改變再燃燒區的燃料與空氣的比例；存在的問題是為了減少不完全燃燒損失，需加空氣對再燃區煙氣進行三級燃燒，因此配風系統較復雜。

3.2空氣分級燃燒技術

空氣分級燃燒技術（OFA）是現階段應用較為廣泛的低氮燃燒技術，它的主要原理是將燃料的燃燒過程分段進行。該技術是將燃燒用風分為一次風和二次風，目的是減少燃料燃燒區域的空氣量（一次風），提高燃燒區域的燃料濃度，推遲一次風和二次風的混合時間，這樣燃料進入爐膛時就形成了一個富燃料區，使燃料在富燃料區進行缺氧燃燒，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃燒產生的煙氣再與二次風混合，使燃料完全燃燒。目前該技術與其他初級控制措施聯合使用，已成為新建鍋爐整體設計的一部分，在適度控制NOx排放的要求下，一般作為現階段鍋爐低氮排放改造的首選。

例如，水平方向空氣分級燃燒技術如圖1所示。該燃燒方式是與煙氣垂直的爐膛斷面上組織分級燃燒，它是通過將一次風和二次風不等切圓，部分二次風射流偏向爐墻來實現的。該技術不但可以避免水冷壁的高溫腐蝕以及因還原性氣氛使灰熔融性溫度下降而導致的燃燒器附近結渣。

圖1水平方向空氣分級燃燒

3.3低氮燃燒器技術（LNB）

將前述的空氣分級及燃料分級的原理應用于燃燒器的設計，盡量降低著火區的氧濃度和溫度，從而達到控制NOx生成量的目的，這類特殊設計的燃燒器就是低氮燃燒器，正常條件下可以降低氮排放濃度的30%～50%。

4.技術改造方案

在低氮燃燒技術階段，某公司熱電廠4號鍋爐需改造或更換現有低氮燃燒器LNB，降低燃燒過程中NOx的生成量；增設一套燃盡風SOFA系統，進一步降低燃燒過程中生成的NOx。本次改造主要包括三部分內容：

4.1燃燒器改造

低氮燃燒器用于控制每一個燃燒器的燃料和空氣的混合，燃料和空氣分級送入燃燒設備，其特點在于降低初始燃燒區域內的氧濃度，從而也相應的降低火焰峰值溫度，達到了較少NOx的形成目的。在噴口水平中線裝有傾斜裝置，增加燃燒的傾斜區域來實現深度分級，燃燒器噴口四周的平衡周界風，延遲一二次風的混合，這些區域可以進一步阻止燃料中的N形成NOx。富燃料區域的存在使火焰最高溫度被降低，從而減少了熱力型NO的形成。為了在較低的飛灰含碳量下獲得較低的NOx濃度，煤粉分布盤布置在煤粉噴嘴入口至燃燒器之間的彎頭位置的下游。煤粉分布盤對煤粉流有很好的濃縮作用，使來流煤粉更集中于燃燒器的中軸線形成一個特殊的風包粉狀態，這樣的煤粉流噴入爐膛內，從煤粉流中心形成一個較大欠氧燃燒的火焰，使初始燃燒的NOx生成率更低，同時風包粉的煤粉流使切圓燃燒的煤粉遠離爐膛四壁避免結渣。

4.2一次風改造內容

（1）移除全部濃淡分離器；（2）減小噴嘴面積，保持高寬比；（3）保持內部鈍體不變；（4）增加兩塊內部水平隔板；（5）同時減小連接風管接口尺寸；（6）周界風出口保持不變，周界風寬度變為25。

4.3二次風改造內容

（1）減小OFA層噴嘴尺寸；（2）減小CC層噴嘴尺寸；（3）減小AB層噴嘴尺寸；（4）OFA、CC、AB增加兩塊內部垂直隔板夾角為10°和15°，以保證風向。

4.4新加裝SOFA噴嘴及風道

被燃燒器導向的燃燒空氣在爐膛下部形成富燃料區，煤在低氧區揮發，迫使燃料里的氮形成N2而不是NO。在進入鍋爐對流區之前，缺氧燃燒產生的煙氣再與燃盡風系統產生的高動量的氣流在爐膛上部混合，使燃料完全燃燒。

結束語

經濟的建設需要綜合考慮環境的發展需求，在火電廠的建設中，通過對低氮技術進行改造，從而降低對環境的污染，提高對環境的保護能力。

參考文獻：

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