肖冠華
摘 要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長,對(duì)能源消費(fèi)問題越來越重視。目前,氮氧化物已被列入我國環(huán)保十二規(guī)劃的要求,氮能源的減排是社會(huì)各界密切關(guān)注的問題,低氮燃燒技術(shù)又被稱作煙氣脫銷技術(shù),其目的是改善沖燃鍋爐中的燃燒條件,讓燃料完全的進(jìn)行充分燃燒,并在燃燒過程中產(chǎn)生更多的能量,以此減少NOx的排放量。文章主要介紹低氮燃燒技術(shù)的分類及低氮燃燒技術(shù)在沖燃鍋爐應(yīng)用上的必要性和解決措施。
關(guān)鍵詞:低氮燃燒技術(shù);氮氧化物;低NOx燃燒器
中圖分類號(hào):TK229 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)27-0147-02
前言
改革開放以來,國家對(duì)氮能源的需求不斷增加,但氮能源燃燒會(huì)大量排放NOx,對(duì)人民群眾的身體健康和環(huán)境有重大影響,據(jù)相關(guān)資料顯示,到2020年時(shí),我國NOx的排放量將超越美國,成為第一大氮氧化物排放國,預(yù)計(jì)比2000年的1777萬噸NOx排放量多500到900萬噸,因此需要嚴(yán)格控制NOx的排放量,廣泛應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)。
1 低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用的必要性
隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷深入,大氣污染越來越嚴(yán)峻,能源和資源消耗量逐年增加,事關(guān)人民群眾的根本利益,環(huán)境保護(hù)刻不容緩,對(duì)大氣污染的防治、空氣質(zhì)量的改善,是民生之本、轉(zhuǎn)型之需、發(fā)展之要。能夠有一個(gè)清潔的呼吸環(huán)境,更是人民群眾多年的熱切期盼。有部分企業(yè)解讀國家政策法規(guī)、響應(yīng)貫徹文件精神,積極宣揚(yáng)用科學(xué)的方法,有效改善環(huán)境空氣質(zhì)量以及在先進(jìn)低氮燃燒技術(shù)等方面進(jìn)行了推廣和深入研究;同時(shí)以國家相關(guān)政策為契機(jī),共同探討運(yùn)用相關(guān)政策、結(jié)合低氮節(jié)能技術(shù)和低氮鍋爐產(chǎn)品,為管理、研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售以及使用單位等各方面搭建交流、溝通、合作的橋梁和平臺(tái),發(fā)揮社會(huì)各界的力量,共同推動(dòng)大氣污染防治,推廣先進(jìn)的低氮節(jié)能技術(shù),促進(jìn)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展,達(dá)到共創(chuàng)共贏的目的。
低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用開創(chuàng)了通過合理改變和組織爐內(nèi)煤粉的燃燒方式,其氮氧化物排放量的降低是國際最領(lǐng)先的技術(shù)和業(yè)績,它的性能指標(biāo)不變,電站鍋爐的正常運(yùn)行得以保障,并促進(jìn)我國低氮燃燒技術(shù)的進(jìn)一步深入發(fā)展,使我國的低氮燃燒技術(shù)在國際上達(dá)到了領(lǐng)先水準(zhǔn)。目前,該項(xiàng)技術(shù)已被多數(shù)企業(yè)所使用并獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
2 氮能源在燃煤鍋爐中生成氮氧化物的機(jī)制
N2O、NO2、NO,N2O是氮能源在鍋爐燃燒過程中的主要氧化物,占總含量的比例約為1%,NO2約占總含量的2%~10%,而NO所占總含量高達(dá)的90%以上,是鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的含量最多。由此可見氮氧化物NOx的含量比例差異與燃燒條件相關(guān)聯(lián)系。在鍋爐工作中,燃燒型、熱力型和快速型是NOx主要的三種生產(chǎn)機(jī)理。
2.1 燃燒型
眾所周知,600℃~800℃之間是氮能源燃料中氮化合物的熱分解溫度,在中間環(huán)節(jié)上,其含有的氮化合物在高溫環(huán)境下被分解成,N、氰化氫、氰化等產(chǎn)物,這幾種產(chǎn)物又被氧化成NOx。氮能源在煤粉鍋爐燃燒過程中主要由兩個(gè)階段組成,一是,氮能源在燃燒過程發(fā)生揮發(fā)性燃燒,二是,氮能源在鍋爐燃燒過程中持續(xù)進(jìn)行焦炭燃燒。由此可見,N、氰化氫、氰化等產(chǎn)物被氧化后生成的NOx與揮發(fā)性燃燒、焦炭燃燒具有緊密聯(lián)系。因此NOx被稱為燃燒型NOx,同時(shí)它也是氮能源燃料在鍋爐中的完全燃燒及不完全燃燒的產(chǎn)生。
2.2 熱力型
若要生成熱力型NOx,就一定要在高溫條件下進(jìn)行燃燒,氮能源才能在燃燒過程中產(chǎn)生N的氧化反應(yīng),同時(shí)也是燃燒生成的NOx在鍋爐中的一系列連鎖效應(yīng)。NOx的產(chǎn)生含量及所占比例隨溫度的改變而改變,比如,在高溫條件下,NOx的產(chǎn)生速度和產(chǎn)量比在低溫條件的速度和產(chǎn)量高,所以,溫度才是影響空氣中O、N轉(zhuǎn)化為NOx的必要因素。
2.3 快速型
當(dāng)?shù)茉慈剂暇植繚舛冗^高時(shí),其附近燃燒區(qū)的氮能源燃料就會(huì)迅速生成Ox,這就是快速型NOx的生成過程。只有在高溫條件下,碳?xì)渥杂苫商細(xì)浠衔锊拍軌虮豢焖俜纸夂彤a(chǎn)生,同時(shí)碳?xì)渥杂苫商細(xì)浠衔镉峙c空氣中的氮?dú)庀嘟Y(jié)合并反應(yīng)生成N2和氰化氫,隨即,空氣中含有的O2,以極為快速的方式與N2和氰化氫結(jié)合同時(shí)產(chǎn)生反應(yīng),最后生成快速型NOx。當(dāng)溫度變化不明顯時(shí),NOx生成量與爐膛壓力呈正相關(guān)走向。以下是NOx的生成含量及其比例在鍋爐需要考慮的因素:
(1)氮燃料自身的物理及化學(xué)特征。(2)鍋爐工作時(shí)的高溫燃燒的溫度范圍。(3)燃燒區(qū)內(nèi)煙氣中N2、O2等物質(zhì)的含氮量,氮能源燃料與空氣中氮及氧氣之間的混合比例。(4)氮能源燃料在火焰區(qū)和爐膛高溫內(nèi)的停留反應(yīng)時(shí)間。
3 低氮燃燒技術(shù)在沖燃鍋爐中的應(yīng)用
能源燃燒產(chǎn)生大量污染,于是國家推行低氮燃燒技術(shù),改變傳統(tǒng)的燃燒技術(shù),達(dá)到燃料的清潔燃燒,降低污染。降低燃燒中NOx的排放量。目前應(yīng)用最廣泛并且有效的方法是燃燒控制技術(shù),它簡單易行,投資少,其控制技術(shù)原理是通過改變?nèi)紵龡l件及燃燒結(jié)構(gòu)的方法來減少NOx的排放量。其中包括:低氧燃燒技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOx燃燒器等方法。下面主要介紹三種低氮燃燒技術(shù):
3.1 低氧燃燒技術(shù)
由于NOx是隨著爐內(nèi)空氣量的增加而產(chǎn)生,所以為了降低鍋爐內(nèi)熱造成的損耗,減少NOx的產(chǎn)生,需要爐內(nèi)的空氣含量低到一定程度。但在工業(yè)鍋爐生產(chǎn)工作中,低氧燃燒技術(shù)也將造成一些不良問題,比如可能引起碳、炭黑污染物等代謝物質(zhì)的堆積,燃燒效率也相對(duì)降低。所以當(dāng)爐內(nèi)空氣含量高于最低空氣含量值,達(dá)到過剩狀態(tài)時(shí),要密切注意爐熱效率、燃燒效率等,減少NOx的產(chǎn)生也要盡量避免熱效率的降低。
3.2 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)
空氣分級(jí)燃燒技術(shù)包括:水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)和垂直方向燃燒技術(shù),其主要原理是燃料在爐內(nèi)燃燒時(shí),分級(jí)將所需的空氣依次送入爐內(nèi),使燃料能夠在爐內(nèi)分級(jí)分段燃燒,其氧濃度對(duì)燃燒區(qū)內(nèi)各種類型的NOx生成都有很大影響。能夠?qū)⑷紵齾^(qū)的空氣量減少到全部燃燒所需空氣量的70%左右,依據(jù)以下原理,當(dāng)過量空氣系數(shù)á<1,燃燒區(qū)處于“貧氧燃燒”狀態(tài)時(shí),抑制NOx的生成量有顯著效果,不僅降低燃燒區(qū)的溫度水平,還能減少燃燒區(qū)的氧濃度。因此,抑制NOx的生成,推遲燃燒過程是第一燃燒區(qū)的主要作用。為了整個(gè)燃燒過程的順利完成,第一級(jí)所產(chǎn)生的煙氣將與從燃燒器上面的燃燼風(fēng)噴口進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒所需的其余空氣相混合。endprint
3.3 燃料分級(jí)燃燒
燃料分級(jí)技術(shù)是在燃燒時(shí)與理論空氣相接近的狀態(tài)下的兩段燃燒裝置中進(jìn)行的。兩段燃燒是指燃料所需的空氣分兩次通入,第一次,約占空氣總量5%~10%,燃燒通常在富燃料缺氧的情況下進(jìn)行,一方面能夠形成了一個(gè)較低的燃燒區(qū),另一方面能夠使燃料的表層溫度下降,進(jìn)而也能降低NOx的生成量,并將燃料析出的揮發(fā)分還原低氧燃燒區(qū)的NOx。第二部分是在低的溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,將剩余的空氣送入,能夠使第一次剩余的CO、碳?xì)浠衔锏炔煌耆紵a(chǎn)物全部燃燒。在兩次空氣供應(yīng)之后,煙氣溫度的有所下降,盡管氧氣的剩余含量過多,NOx也未能大量的生成,最終將其有效的抑制。高溫條件下的兩次燃燒均有效的抑制了氮氧化物NOx所產(chǎn)生的生產(chǎn)量,達(dá)到了減少了NOx的最終產(chǎn)量的目標(biāo)。為了使不完全燃燒的產(chǎn)品可以完全燃燒,有必要在重新燃燒區(qū)設(shè)置燃盡風(fēng)噴口。
3.4 低NOx燃燒器
低NOx燃燒器是指燃料在燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器,低NOx燃燒器的主要作用是氮氧化物的排放量在燃料燃燒過程中被降低。燃燒過程中NO主要來源于兩個(gè)方面,首先,燃燒所用空氣(助燃空氣)中氮的氧化;其次,燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解后再氧化。
3.5 煙氣再循環(huán)利用技術(shù)
煙氣再循環(huán)利用技術(shù)是減少NOx生成的有效途徑。而機(jī)理是將已經(jīng)冷卻的部分煙氣循環(huán)利用,多次循環(huán)往復(fù)后送到燃燒區(qū),重復(fù)的次數(shù)多,一方面可以讓主燃區(qū)的工作溫度有所提高,同時(shí)還能有效抑制NO生成,降低O2濃度,另一方面能夠達(dá)到高熱效率最佳的效果,在這種狀態(tài)下生成NOx的減少效果最好,同時(shí)使煙氣循環(huán)率控制在5%~20%的之內(nèi)。
4 結(jié)束語
時(shí)代在不斷發(fā)展,國家大力投資環(huán)保項(xiàng)目上,人民群眾的環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)烈,但我國的人口眾多,對(duì)于能源的消耗和浪費(fèi)數(shù)量巨大,能夠有效的降低氮氧化物對(duì)大氣污染的的排放排放量,具有十分重要的意義。經(jīng)過世界各國多年研究,低氧化燃燒技術(shù)取得了一定成果,并在有效的降低NOx的排放量上得到了廣泛的應(yīng)用。因此,研究低氮燃燒技術(shù)在沖燃鍋爐上的應(yīng)用至關(guān)重要,推廣低氮燃燒技術(shù)迫在眉睫,所以,要爭取在科學(xué)的管理下控制氮氧化物的低排放量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
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