低氮NOx燃烧技术及其原理之空气分级燃烧

Alexandria2020

低氮Nox燃烧技术及其原理之空气分级燃烧

1 基本技术原理
空气分级燃烧是目前国内外普遍采用的、比较成熟的低NOX燃烧技术。不同制造厂家所采用的空气分级燃烧锅炉结构形式多种多样，但它们的基本原理大致相同，无论是前后墙布置还是切向燃烧锅炉，在进行了空气分级燃烧之后都可使NOX的排放浓度降低30％左右。空气分级燃烧的原理是将燃烧过程分阶段进行，首先将从主燃烧器供入炉膛的空气减少到总燃烧空气量的70％ 一75％，相当于理论空气量的80％，此时的a<1，使燃料先在缺氧条件下燃烧，在还原性气氛中降低NOX生成速率。完全燃烧所需要的其余空气量则通过布置在主燃烧器上方的空气喷口“火上风”送人炉膛，与一级燃烧区所产生的烟气混合，最终在a>1的条件下完成全部燃烧过程。
空气分级燃烧弥补了简单的低过量空气燃烧所导致的未完全燃烧损失和飞灰含碳量增加的缺点，但是，若两级的空气比例分配不合理，或炉内的混合条件不好，则会增加不完全燃烧损失。同时，煤粉炉一级燃烧区内的还原性气氛将导致灰熔点降低而引起结渣和受热面腐蚀。

2 影响因素及其范围
(1)一级燃烧区过剩空气系数(a1)的影响
为了有效控制NOX的生成量，应正确选择a1，当a1为0.8时，NOX的生成量较a1为1.2左右时降低50％，而且此时的燃烧工况也稳定。当a1下降至0.8以下，虽然可进一步减少NOx的生成，但烟气中HCN、NH3和煤中的焦炭N的含量也会随之增加，继而在二级燃烧区(燃尽区)氧化成NO，使总的NOX排放量增加。因此，a1一般不低于0.7。对于具体的燃烧设备和煤种，a值应通过试验确定。
（2）温度的影响
有人通过实验得到了挥发分为32.4%、含氮1.4%固定碳与挥发分比例为1.78的烟煤在停留时间为3秒时，不同燃烧温度下产生的NOX随a1的变化曲线，如图1所示。

图1 不同温度下NOX质量浓度与a的关系

图中曲线表面，a1＜1时，温度越高，NOX的降低幅度越大。但在a1＞1的氧化性条件下，NOX的排放量随温度的升高而增加。在燃烧褐煤时也得到了同样结论。因此，在组织空气分级燃烧时，需根据煤种特性，将一级燃烧区的温度控制在最有利于减少NOX排放的范围内。
（3）停留时间的影响
停留时间也是影响NOX的排放浓度的一个重要因素，实验表明，当停留时间从1s增加到4s，NOX的的浓度明显减少，降低幅度可达60%，但若在4s以后继续延长停留时间，则效果不明显。
烟气在一级燃烧区的停留时间取决于“火上风”喷口距主燃烧器的距离。如果停留时间足够长，可使一级燃烧区出口烟气中的燃料N基本反应完全，否则，在燃尽区还会生成一定量的NOX。因此“火上风”喷口的位置和过剩空气系数共同决定了一级燃烧区内NOX能够降低的程度。“火上风”喷口的位置不仅与NOX的排放值有关，还直接关系到燃尽区内燃料的完全燃烧与炉膛出口的烟气温度。
(4)煤种和煤粉细度的影响
空气分级燃烧降低NOX的原理就是尽量减少煤中的挥发分N向NO转化，所以，煤种的挥发分越高，对NOX的降低效果就越明显，对减少NOx排放的效果更显著。
在未采取分级燃烧时，细煤粉的NOX排放高于粗煤粉，在采用空气分级燃烧技术后，当a1<1时，细煤粉NOX的排放值明显低于粗煤粉，而且，烟煤粒度的降低对抑制NOX的生成效果优于贫煤。

内容来源：德国瓦兰