低NOx煤粉燃烧技术
因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性 气氛中降低了生成NOx的反应率,抑制了 NOx在这一燃烧中的生成量.为了完成全部 燃烧过程,完全燃烧所需的其余空气则通过 布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA (over fire air)――称为"燃尽风(火上风) "喷口送入炉膛,与第一级燃烧区在"贫氧燃 烧"条件下所产生的烟气混合,在α>1的条 件下完成全部燃烧过程.由于整个燃烧过程 所需空气是分两级供入炉内,故称为空气分 级燃烧法.
燃料分级燃烧
利用这一原理,将80-85%的燃料送入第一级燃烧 区,在α>1条件下,燃烧并生成NOx.送入一级燃烧 区的燃料称为一次燃料,其余15-20%的燃料则在 主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α<1的条件下, 形成很强的还原性氛围,使得在一级燃烧区生成 的NOx在二级燃烧区内被还原成氮原子,二级燃 烧区又称为再燃区,送入二级燃烧区的燃料又称 为二次燃料或者再燃燃料。在再燃区中不仅使得 已生成的NOx得到还原,还抑制了新的NOx的生 成,可使NOx的排放浓度进一步降低。
目前,国内外控制NOx排放的技术措施主要 有两大类: 采用低NOx的燃烧技术,通过改变燃烧过 程来有效地控制NOx的生成。 尾部烟道脱硝处理。使用选择性催化还原 (SCR)和选择性非催化还原(SNCR) 两种方式对烟道气进行处理。
低NOx煤粉燃烧技术目前主要有以下几种 1)低过量空气燃烧 2)空气分级燃烧 3)燃料分级燃烧 4)烟气再循环 5)低NOx燃烧器
燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃 烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO的还 原反应,反应式为: 4NO+CH4 =2N2+CO2+2H2O 2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2 =N2+2nCO2+mH2O 2NO+2CO =N2+2CO2 2NO+2C =N2+2CO 2NO+2H2 = N2+2H2O
快速型 NOx 是 1971 年 Fenimore 通过实验发 现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时,在 反应区附近会快速生成 NOx 。 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的 CH 自由基可以和空气中氮气反应生成 HCN 和 N[1] ,再进一步与氧气作用以极快的速度生成, 其形成时间只需要 60ms ,所生成的与炉膛压力 0.5 次方成正比 , 与温度的关系不大。 这种氮氧 化物产生的机理并不是氮氧化物排放的主要来源。
烟气再循环
目前使用的烟气再循环法是在锅炉的空气 预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉 内,或与一次风或二次风混合后送入炉内, 这样不但可降低燃烧温度,而且也降低了 氧气浓度,进而降低了NOx的排放浓度。
煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。 不பைடு நூலகம்煤粉是通过燃烧器送入炉膛,而且煤 粉燃烧所需部分的空气也是通过燃烧器进 入炉膛的。从燃烧角度看,燃烧器的性能 对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性也起着 主要作用。从NOx的生成机理看,占NOx 绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶 段生成的。
这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的 缺点.在第一级燃烧区内的过量空气系数越 小,抑制NOx的生成效果越好,但不完全燃 烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣 和腐蚀的可能性越大.因此为保证既能减少 NOx的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可 *性,必须正确组织空气分级燃烧过程.
空气分级燃烧
基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段 完成.在第一阶段,将从主燃烧器供入 炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的 70-75%(相当于理论空气量的 80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧 条件下燃烧.此时第一级燃烧区内过量 空气系数α<1,因而降低了燃烧区内 的燃烧速度和温度水平.
HT-NR3 HT -------Hitach(日立) NR -------NOx Reduced 3--------第三代
荆门热电厂锅炉燃烧器(HT-NR3)主要由一次风、二 次风、三次风(外二次风)以及启动油枪和点火 油枪组成。在一次风管中装有煤粉浓缩器用于将 煤粉气流进行浓淡分离,利用浓淡燃烧技术来加 强煤粉气流的着火。在一次风出口装有火焰稳燃 环用于加强煤粉气流的着火。将助燃空气分为两 股(二次风和三次风),这既有利于煤粉气流的 着火和燃烧,又有利于减少煤粉燃烧过程中NOx 的生成量。
将二次风分成内二次风和外二次风两股气 流,通过调风器和旋流叶片分别控制各自 的风量和旋流强度,以调节一、二次风的 混合,实现空气分级的旋流燃烧器
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通过传动装置可以改变叶片的开度。当叶片全开时,外 二次风量达到最大,这时外而次风大致是直流射流。 在外二次风的影响下,从燃烧器射出的整个射流的旋转 强度减弱,气流拉长,内回流区变小。当叶片逐渐关闭 时,外二次风量逐渐减小,使整个射流的旋流强度增大, 气流缩短,内回流区逐渐变大。 双调风燃烧器把二次风先后两批送入炉膛,这种配风方 式称为分级配风。由于空气的分级送入,使煤粉和空气 的混合变得缓慢,便于进行燃烧调节。 双调风燃烧器的主要优点是由于空气的分级送入,实践 证明,采用双调风燃烧器既能有效地控制温度型 NOx;又能限制燃料型NOx。此外燃烧调节灵活,有利 于稳定燃烧,对煤质有较宽的适应范围。
导流筒
使用导流筒控制最外侧的三次风和火焰的 混合,加强火焰内NOx还原的效果。
双调风旋流式燃烧器 双调风旋流式燃烧器是在单调风燃烧器的基础上 发展出来的。 双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两 部分,一部分二次风进入燃烧器的内环形通道, 另一部分二次风进入燃烧器的外环形通道。 在内环形通道中装有旋流叶片,旋流叶片是可动 的,通过传动装置可使叶片同步转动,调节叶片 的旋转角度,能改变二次风的旋流强度,使燃烧 保持稳定。 外二次风量是由二次风道中的可动叶片控制的。
低NOx煤粉燃烧技术
发电部集控二值
煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧 化氮,二氧化氮及少量的氧化二氮。通常 煤粉燃烧温度下,NO占90%以上,NO2 占5%~10%,N2O只占1%左右。NOx的生 成途径共有三种,热力型NOx,燃料型 NOx和快速型NOx。
热力型NOx,在温度高于1500℃时,空气中的 氮气和氧气反应生成的氮氧化物。这种氮氧化物 只在高温下形成,所以通常称作热力型NOx。 燃料型NOx,燃料中固定氮生成的氮氧化物。 快速型NOx,也称瞬时氮氧化物,是在含氮燃料 燃烧时,在低温火焰中,由于含碳自由基的存在 而产生的。
HT-NR燃烧器有一个锥型 的煤粉浓缩器。煤粉浓缩 器给煤粉一个径向的速度 分量,提高火焰稳燃环附 近的煤粉浓度,提高燃烧 效率。
使用导流筒控制 最外侧的三次风 和火焰的混合, 加强火焰内NOx 还原的效果。
在一次风管(煤粉喷嘴) 的前端装有陶瓷制的齿形 环状火焰稳焰环及稳焰齿。 陶瓷稳燃环在一次风喷口 端产生热烟气回流,促进 快速点火和提高火焰温度。
因此,通过特殊设计的燃烧器结构以及通 过改变燃烧器的风煤比例,可以将前述的 空气分级、燃料分级和烟气再循环等多种 降低NOx的技术用于燃烧器,以尽可能地 降低着火氧的浓度,适当降低着火区的温 度达到最大程度地抑制NOx生成的目的, 这就是低NOx燃烧器。
目前国内外开发出各种高效低NOx排放燃 烧器。 阶段燃烧燃烧器 自身再循环燃烧器 浓淡燃烧器(HT-NR3) 分割火焰燃烧器 混合促进型燃烧器 低NOx预燃室燃烧器
低过量空气燃烧
使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条 件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以 抑制NOx的生成.这是一种最简单的降低 NOx排放的方法.一般可降低NOx排放15- 20%.但如炉内氧浓度过低(3%以下),会 造成CO浓度急剧增加,增加化学不完全燃 烧热损失,引起飞灰含碳量增加,燃烧效率 下降.因此在锅炉设计和运行时,应选取最 合理的过量空气系数.
调节导轴和旋流器
旋流器制造高旋流的三次风,有效的高旋 流可降低NOx排放,最大限度的防止降低 燃烧效率。 通过调节导轴可以控制高旋的三次风和火 焰的混合。由于三次风的分离,形成了衰 减区,导致了焰内NOx还原。三次风的高 旋流促进了火焰和三次风的混合,同时也 可以获得高的燃烧效率。
双调风燃烧器
煤粉浓缩器
HT-NR燃烧器有一个锥型的煤粉浓缩器。 煤粉浓缩器给煤粉一个径向的速度分量, 提高火焰稳燃环附近的煤粉浓度,提高燃 烧效率。
稳焰环及稳焰齿
在一次风管(煤粉喷嘴)的前端装有陶瓷 制的齿形环状火焰稳焰环及稳焰齿。陶瓷 稳燃环在一次风喷口端产生热烟气回流, 促进快速点火和提高火焰温度。