低氮燃烧技术

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1、一种复合浓淡三调风低NOx旋流煤粉燃烧器煤粉锅炉低NOx燃烧器的研究及应用新型多功能低污染煤粉燃烧器研究-三维湍流回流气粒两相流动与煤粉燃 烧数值模拟及实验研究超低NOx大量程煤粉燃烧器的开发低NOX燃烧器动态(1) 技术现状及发展建议一、引言锅炉燃煤燃烧过程中排放的NOX气体是危害大，且较难处理的大气污染物, 它不仅刺激人的呼吸系统、破坏呼吸系统，引起支气管炎和肺气肿，损害动植物、 破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。因此, 开展对降低NOX排放的治理具有十分重要的意义。其中使用低NOX燃烧器就是 重要手段。二、低NOX燃烧器原理和定义燃烧器降低NOX生成的基本

2、原理是通过改进燃烧器的结构以及通过改变燃 烧器的风燃比例，来降低烟气中氧气浓度、适当降低着火区火焰的最高温度、缩 短气体在高温区的滞留时间，以达到最大限度地抑制NOX生成以及降低排气中 NOX浓度的目的。这就是低NOX燃烧器。三、NOX生成机理通常，工业锅炉NOX生成机理主要有如下三种：X热力型：当炉膛温度T 1300C时，空气中的氮气直接被氧化生成NOX，它 的形成是一个由氧原子引发的自由基链反应：O + N f NO + NN + O2 f NO + O 整个反应速度正比于氧原子的浓度，随着反应温度的上升，氧原子浓度增大, 反应过程：N2 + O2f 2NO - Q是吸热反应，提高温度会朝

3、着生成NOX的方向 进行，反之降低温度会朝着抑制NOX的方向进行，此种类型的反应在煤粉燃烧 过程中生成NOX的量很小。燃料型：由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成，燃烧火焰中氧气的浓度和 分布对NOX的形成起着决定性的作用，如果在主燃烧区延迟煤粉与氧气的混合, 造成燃烧中心缺氧，可使绝大部分气相氮和部分焦炭氮转化为氮气，同时还原性气氛对降低N0X的还原有着积极的作用，此种类型的反应在煤粉燃烧过程中生 成NOp的量占60%80%。X快速型：碳氢化合物燃料在燃料过浓时燃烧，燃料挥发物中碳氢化合物高 温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作 用以极快的速度生成，其形成时间只

4、需要60ms。此种类型的反应NOX在燃烧过 程中生成NOX的量很小。图：NOX生成与破坏的机理图空气中的氮炀科中的氮的转换恥再赅烧I9113I :卜四、降低NOx排放的燃烧器目前，国内外在降低锅炉NOX排放方面进行的工作大致可分为以下3个方 面：（1）锅炉燃烧技术的改进；（2）无催化情况下向炉内喷氨水；（3）有催化物 的氨水喷射系统。后两类技术都是在锅炉燃烧生成NOX以后，用氨来还原NOX。这不仅增加 设备投资和运行维护费用，还可能引起预热器等锅炉尾部受热面的堵塞等。因此， 要降低NOX的排放量，更有效的方法是改进炉内燃烧状况。所以，目前低NOX燃烧器得到了广泛的开发和应用，可达到NOX降低率

5、一 般在30%60%。低氮氧化物燃烧器燃烧形式主要有4种：（1）混合促进型燃烧器。在燃烧负荷不变的情况下，烟气在火焰面即高温 区内停留时间缩短，因而使NOX的生成量降低。(2) 自循环型燃烧器。在燃烧器内部使燃烧气体再循环，在循环区域，当 氧浓度降低时使燃料气化和扩散加剧，随着后部燃烧温度的下降而降低氮氧化物 浓度。(3) 分割火焰型燃烧器。把从燃烧嘴喷出的燃料分割成数个喷雾，以形成 数个小的火焰放热，因放热性能提高而使火焰温度下降，并缩短气体在高温区的 滞留时间。(4) HTAC型燃烧器(HTAC即高温空气燃烧)。高温空气燃烧又称高温低 氧燃烧，它应用高效陶瓷蓄热体将空气预热到800C以上，

6、接近极限回收高温烟 气预热，可使排烟温度降低到150C以下，同时配合稀释空气降低助燃剂中的含 氧浓度，大幅减少了 N0X的生成和排放。五、对我国低NOx燃烧器发展的建议(1) 要把在NOX减排方面效果显著的几种燃烧器优点综合起来，以某种 炉型为研究对象，从化学反应动力学、空气动力学等角度出发，采用试验和数值 模拟的方法，研究NOX形成的机理，从而设计出适合我国国情的、切实可行的 新型低NOX燃烧器。(2) 不仅要考虑NOX减排效果，而且对煤粉燃烧的稳定性和燃尽程度等 因素也应综合考虑。另外，在保证低NOX燃烧器NOX减排能力的基础上，燃烧 器的设计开发应更加注重燃烧器自身的结构、自动调控能力、

7、煤种的适应性及成 本等。(3) 为了进一步降低NOX的排放，需要将低NOX燃烧器与其它影响锅炉 热力性能和低污染燃烧的设备作为整体进行考虑，并结合炉内燃料分级或空气分 级、尾部烟气脱硝等措施，以求NOX排放达到最低。北京哈宜低氮燃烧技术 摘要：北京哈宜节能环保科技开发有限公司研发的电站燃煤锅炉污染减排技术 低氮燃烧技术，采用立体分级低氮燃烧，在使用一般煤质的情况下，可减少氮 氧化物排放35%55%，达到国际先进水平，实现减排目标。伴随着我国火力发电行业的快速发展，火电厂氮氧化物的排放量迅速增加。 20032007年5年间，我国火电厂装机容量增长了 91.3%,煤耗量增长了 65.6%, 火电氮

8、氧化物排放量增加了近40.6%, 2007年火电氮氧货物排放量约占全国排放 总量的35%40%。据预计，“十二五”期间火电厂氮氧化物的排放总量将由2010 年的1050万吨增加到1200万吨。针对上述形式要求，北京哈宜节能环保科技开发有限公司研发的电站燃煤 锅炉污染减排技术一低氮燃烧技术，采用立体分级低氮燃烧，在使用一般煤质的 情况下，可减少氮氧化物排放35%55%,达到国际先进水平，实现减排目标。降低NOx排放量主要技术措施：选取合适比例（不同煤种）的SOFA风率高位偏异布置，实现双向分级燃 烧；浓淡燃烧技术，使燃烧器浓淡两相化学当量比都处于低NOx区域；降低主燃烧器区域峰值温度；通过组织垂

9、直与水平方向的空气分级和水平方向的燃料分级立体化燃烧技 术系统，是解决我国电站锅炉节能减排的关键技术，尤其适合我国境内的煤质。 这项技术对解决我国燃煤电站锅炉污染问题具有非常重大的意义。此技术系统在 实现减排氮氧化物的同时，还具有提高燃烧效率、降低烟温偏差、减轻（或防止） 结渣和高温腐蚀等作用，具有极强的操作性和现实应用性。C0a檢凤NO* CQ HjO N? t L f # nh3j hcnFirsIN + Oi北京哈宜低氮燃烧技术（1）立体化燃烧技术（墙式切圆燃烧器）广泛的煤种适应性：褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤；技术特点：立体化燃烧技术大幅降低NOx排放量和优化其他技术指标；能最大限度地合理

10、利用炉膛空间，有利于充分燃烧，降低未燃碳损失;炉膛内温度场更加均匀，并且温度水平适中，能有效降低NOx的排 放，同时使锅炉水循环更加可靠；上炉膛水平烟道温度分配均匀，炉膛出口烟温偏差只有普通四角燃烧 的75%，保护高温过热器和再热器；燃烧器出口具有较大均等的空间,气流不易受到水冷壁的影响造成贴 墙，从而有利于防止水冷壁的结渣；煤粉气流受水冷壁水冷程度要大大小于角式切圆燃烧,从而强化煤粉 气流的着火特性、增加低负荷稳燃的能力；着火点易于调节，煤种适应性强；（2）墙式燃尽风系统用 途：最大限度地降低NOx的排放量、最大限度地提高燃烧效率； 适用燃烧系统：正方形或准正方形的煤粉燃烧锅炉（所有切园燃烧

11、锅 炉和墙式燃烧锅炉；布置方式：四面墙上（或角上）切圆（或对冲）布置;原 理：布置在墙上（或角上），提高了燃尽风的穿透深度和扰动，在燃烧 的后期提高风粉的混合速度，在降低NOx排放量的同时提高燃烧效率；（3）同时水平、垂直方向摆动的二次风燃烧器普通燃烧器的二次风只能单独地水平摆动或垂直摆动，作用受限。摆动用途：在保证垂直摆动以满足锅炉调温特性要求的同时，增加水平摆动来调整切 圆燃烧锅炉的燃烧火球位置以调节烟温偏差，保证锅炉的安全稳定运行；适用系统：正方形或准正方形的煤粉燃烧锅炉（所有切园燃烧锅炉和部分 墙式燃烧锅炉）；技术优点：避免了采用固定反切式二次风喷嘴调节烟温偏差而带来的不确 定性和不可

12、调节性，最大限度地提高锅炉的煤种适应性；（4）水平浓淡煤粉燃烧器原 理：利用百叶窗煤粉浓缩器，将一次风在水平方向分成浓度差异适当的 浓淡两股；技术特点：减少着火热，缩短着火时间，提高火焰传播速度，降低着火 温度，提咼着火及低负荷稳燃能力；煤种适应性：褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤；作用：降低氮氧化物排放量、提高燃烧效率、提高着火稳定性、防止水冷 壁结焦和高温腐蚀；适用系统：墙式和四角切向布置的直流燃烧；（5）百叶窗分离型浓淡煤粉燃烧器原理：利用百叶窗煤粉浓缩器，将一次风分成浓度差异适当的浓淡两股；适用系统：切圆燃烧系统；结构特点：形成独立布置的浓煤粉喷嘴和淡煤粉喷嘴；技术特点：煤粉的浓淡比可以根据不

13、同的煤质在线调节，具有极强的煤种 适应性；分离布置的浓、淡煤粉分配比例达到最大限度的低氮氧化物排放能力；哈宜与三菱技术对比：煤粉管道的布置更加简单、合理；分离效果更佳；（6）新型WR浓淡煤粉燃烧器+偏置周界风+SOFA燃烧器（专利技术）新型WR浓淡煤粉燃烧器是在原有WR煤粉燃烧的基础上改进形成地，它 保持了原有WR煤粉燃烧器的着火稳定的优点，同时借鉴了浓淡分离和浓相相 对集中布置降低NOx的先进技术，形成了创新的新型煤粉浓淡燃烧系统。新型WR浓淡煤粉燃烧系统避免了应用在四角切圆燃烧系统中WR燃烧器 的局限性，不仅能够通过导流板实现上淡下浓的浓淡分离技术，同时还可通过百 叶窗形成上浓下淡的浓淡分

14、离技术，实现了两项技术空间布置位置的完美结合。 因此，该专利技术实现了炉膛内部真正的浓淡分离和浓相相对集中，达到炉内燃 烧梯度分级要求，实现最初的降低NOx和着火稳定性目的。2. 新型WR浓淡煤粉燃烧器+偏置周界风+SOFA燃烧器的性能特点(1) 降低炉膛出口烟温偏差和保证高温受热面壁温不超温；(2) 有效防止两侧墙水冷壁因实现炉内空气分级后导致的主燃区过量空气系 数降低而产生的结渣和高温腐蚀问题；(3) 有效提高了锅炉的煤种适应性；(4) 大幅度降低NOx排放量；一次风气流经百叶窗煤粉喷嘴体后，被分离成浓淡两股气流，浓相煤粉相 对集中，使煤粉在还原性气氛中燃烧，延长在还原性气氛中的停留时间，

15、可有效 抑制NOx的形成。浓相区域为低氧还原性气氛，有利于抑制燃料型NOx的形成；拉大二次风同一次风混合点距离，通过调节风门挡板开度，可改变二次风 分级燃烧的程度；浓淡燃烧与二次风分级燃烧相结合，实现了最大限度地降低NOx排放量新 型燃烧技术；更重要的是在主燃烧器上部增设SOFA喷口，实现了炉内空气分级燃烧， 降低了主燃区过量空气系数，使主燃区还原性气氛进一步增强，可大幅度地降低 烟气中NOx排放量。(5) 降低未燃炭损失提高燃烧效率；3. NOx排放量指标烟煤 170300mg/Nm3 (O2=6%)。褐煤 170400mg/Nm3 (O2=6%)。贫煤 600mg/Nm3 (02=6%)。无烟煤 800mg/Nm3 (02=6%)。4.低氮燃烧技术优势低氮燃烧技术是根据氮氧化物的生成机理，主要通过采用空气分级燃烧、燃 料分级燃烧、烟气再循环和低氮燃烧器等方法降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生 成量的技术。这类技术具有相对简单，投资、运行费用较低等特点，是经济、有 效的技术措施，对部分煤种如果优化设计或改造效果良好，可以不用再上脱硝设 备，节约了巨大的投资和运行成本，同时大幅度地降低二次循环污染。所以，从 技术成熟性和成本节约性的角度来看，低氮燃烧技术更加适合我国电力行业的现 状。