《低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展摘要：在高温燃烧过程中，氮氧化物的排放污染一直是业界关注的焦点。这部 分气体不仅稳定性较差，而且大多能够在湿热环境中转变为NO与N02，从而给 人们的生命财产带来威胁。随着技术的成熟，低氮燃烧技术开始以其环保效益高、 清洁无污染受到了一致好评。在本文中，笔者分析了高温燃烧中氮氧化物的生成 原理以及影响因素，并在此基础上探讨了如何控制氮氧化物的排放，以供参考。关键词：低氮燃烧；燃烧器设计；技术进展引言 近些年我国的化工行业得到了长足的发展，高温燃烧在各生产领域均有着突 出的贡献。尤其是天然气等能源的普及推广，虽然很大程度上改善以往的三废排 放问题，但氮污染的问题仍
2、未有效缓解。究其原因，主要是以往的燃烧技术存在 一刀切的问题，没有针对不同介质来调整燃烧方案。由此可见，在低氮燃烧技术 中分层燃烧的个性化方案是重要突破口，同时兼顾燃尽的火焰长度，才能真正实 现减小高温燃烧的氮污染。一、氮氧化物的控制原理（一）气体燃料的特点 气体的高温燃烧基本不会发生相态变化，因此其主要包括混合、升温以及燃烧 3 个阶段。从燃烧温度来看，气体燃烧的过程温度普遍较高。业界常见的氢气 与液化气燃烧的问题均不低于2000C，而目前对环境最友好的天然气在燃烧的过 程中温度也高达1700C。除此之外，气体燃烧的反映速率也较其他模式快，往往 就存在回火的现象。一旦气体的排放速度小于反应速
3、率，那么火焰就会影响到火 孔内的环境，严重的可能会造成气源爆炸。（二）氮氧化物的影响因素 关于气体燃烧的氮氧化物研究已有十数年的努力，根据学术成果表明氮氧化物可按照生产方式的不同归类为热力型、快速型两个大类。其中热力型所产生的 氮氧化物含量更多，但快速型氮氧化物的生产也不容忽视。而在以往的燃烧器设 计中，技术人员往往顾此失彼导致技术应用达不到预期的效果。热力型顾名思义 就是在火焰区域生产的氮氧化物，因此很容易受到温度的影响。从业界实践的经 验来看，当火焰温度超过1800C时氮氧化物的生成量会出现井喷式的增长。可见, 在气体燃烧中氮氧化物的排放量并非是单调递增的趋势，而会受到燃烧工况的左 右。而
4、快速型是指在部分预混情况下所表现出较快的反应速率，抑或是在扩散燃 烧中与侧面空气燃烧所生产。在这种燃烧条件下，空气与燃气的比例对氮氧化物 的生成量有着显著的影响，因此也将是燃烧器设计的关注要点。二、燃烧器对氮氧化物的影响（一）预热温度 考虑到工业生产的实际需求，燃烧器的设计必须提高燃烧反应的速率。因此 大部分产品在运行前都需要对空气预热，从而给升温着火做好准备工作。但是这 种设计方案使问题进一步升高，从而导致氮氧化物的生成量直线上升。不仅如此， 传统燃烧器扩散现象严重，使得空气剩余系数超出额定值。在这种反应条件下， 会令大量的热能被浪费，经济性能差强人意。因此，要想在满足使用需求的前提 下改善
5、氮氧化物排放，就应该积极应用完全预混技术。预先将空气与燃料按照合 理的比例混合，其燃烧过程更加充分产生的化合物相对也会较少。而且热力型与 快速型氮氧化物的排放均与温度呈正相关的趋势，降低预热问题也是设计中需要主要的问题。（二）混合比例 从目前业界的产品来看，大多数燃烧器的空气与燃料都需要从不同的入口来 混合。但是不同介质之间的混合速率各不一样，给燃烧过程中氮氧化物排放带来 了不小的挑战。而近几年预混技术日益成熟，逐渐成为燃烧器设计的主流，其在 控制氮污染方面的成效也的确立竿见影。经过测试得出，当预混度超过五成时， 燃烧所排放的氮氧化物热力型与快速型均较为活跃，而当预混度低于三成时则主 要为快速
6、型。因此，在燃烧器设计中还需要控制空气与燃料的预混度，使快速型 与热力型能够相互制约。而在非预混的燃烧器中，则需要考虑空气与燃料的喷射 速度。通常而言，用燃气喷射速度与空气速度比值来直观的反应，当结果较大时 燃烧器内的温度更加均衡稳定，氮氧化物的排放量也将变低。（三）烟气再循环 烟气循环系统也是燃烧器低氮技术应用的关键要素，对控制气体排放的控制 作用也非常突出。比如当空气进入循环系统后，氧气的含量能够得到一定程度的 降低。如此一来，燃烧器内的工况温度就会下降，氮氧化物的排放量自然就随之 减少。因此，在设计中可以通过风机来引入低温度的烟气，来控制氮氧化物的生 成速度。根据实践数据得出，若燃烧器保
7、持两成左右的烟气循环，则氮氧化物的 排放量将减少超过 25。而且这一数值会受到燃烧问题的影响，温度越高则循环 系统产生的降温效果越显著，氮氧化物的排放变化情况也更直观。三、低氮燃烧的实施办法（一）分级燃烧技术 前文也曾提到过，传统燃烧器在设计中一刀切的现象较为严重，燃气通常从 单一的喷嘴喷射。这种做法难以满足多种燃料和空气的混合需求，因此zaibb效 率上更低污染更重。笔者建议，在低氮燃烧器设计中应该采用多喷嘴的方式，来 实现燃气的分级。比如设计人员可以将喷枪按照圆形来设置，根据远近的不同来 控制方向和速度。这种设计方法有效针对了空气与燃料混合不合理的问题，使燃 烧更加充分反应也更加充分稳定。
8、而且传统燃烧器在反应过程中会呈现出区域的 问题差距，部分集中燃烧的区域温度极高氮氧化物的排放量也是其它区域的 6-7 倍。采用分级的喷嘴设计能够避免这种现象，使各部分的反应强度区域一直。同 理，空气喷嘴也可以按照这种方式进行分级，以此来产生特定的燃烧区。不同的 分区对燃烧条件的控制可以更方便调节，有利于氮氧化物排放的控制。（二）烟气回流控制 目前业界在烟气循环系统的设计中主要分为两种，内烟循环与外烟循环。而从燃烧器的运行原理分析可知，燃气喷射的重点区域在外围，因此烟气循环系统 的设计应该有所侧重。笔者建议，在燃烧器设计中可以增添一个外围的套筒，用 以烟气的回流控制。一方面要确保烟气循环系统的运
9、行效率，主要针对外围集中 燃烧区的控制；另一方面烟气循环的量也是左右燃烧温度的重要因素，也需要设 计人员严格计算。（三）计算流体力学的应用 实践是检验真理的唯一标准，要想不断优化低氮燃烧技术就必须依赖于严谨的数据计算。由于燃烧器在设计和制造的过程中代价高昂，因此在落实之前就应 该首先进行仿真模拟。近几年，计算流体力学逐渐被应用到产品的设计与制造中 也是燃烧器设计优化的有效手段之一。比如有研究者通过计算得出，煤粉炉生成 的氮氧化物有超过七成属于燃料型，而在燃气锅炉中这一数据则相当低，相反热 力型产出达到了九成。设计人员就可以借助计算流体力学的专业软件，对燃烧器 周围的工况环境进行全面的采集，从而
10、更好的分析出氮氧化物产出的影响因素。 这样不仅能够反映出当前设计方案存在的不足之处，也能给新方案的优化提供启 发和借鉴。结语 综上所述，随着我国化工业的不断发展，燃气燃烧技术的应用也越来越广泛。 但目前所使用的燃烧器氮氧化物生成量高，不符合当前社会发展的理念，也对人 体有着较大的伤害。通过对反应原理的分析，笔者得出空气与燃料的预混度、燃 烧温度以及循环系统对排放量影响最大。因此，在设计中也应该注意这几个要点， 根据各环节有针对性的进行方案调整。参考文献：1 吴晓磊，刘波，任政，王元华，徐向荣，李旭灿.新型低氮燃气分级燃烧器 燃烧特性和NO_x排放的CFD研究J.化工进展，2014, 33 （09）： 2298-2303.2李晓萍，朱彤，吴家正.高温空气燃烧中燃气/空气速度比对NO_X生成的影 响J.工业加热，2004（04）： 1-4+8.海民，李红智，姚明宇，聂剑平.低NO_x燃气燃烧器结构设计及性能试验J.热力发电，2015，44（02）： 115-118.
