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1、低氮燃烧技术在蓄热式加热炉上的应用摘 要：为了控制蓄热式加热炉燃烧装置排放的氮氧化物对生态环境的危害， 对低氮燃烧做了大量的改进和优化工作，控制炉内燃烧NOx的生成量，通过维持 炉温的均匀性避免产生局部高温，同时控制燃烧室内流场，强化气流的均匀分布、 强化空气与燃料的混合程度，从而有效控制局部空气过剩系数。在同等燃料条件 下，改造后大幅度降低燃烧室NOx的生成量。关键词:加热炉 氮氧化物 低氮燃烧器.、八、-前言蓄热式加热炉属于油页岩干馏工艺中的关键装备之一，主要功能是为干馏炉 提供充足的热量，以完成油页岩的干馏过程。蓄热式加热炉采用蓄热式燃烧技术， 在同一炉膛内，交替切换燃烧过程和瓦斯加热过
2、程，在两个过程中烟气和被加热 的冷瓦斯交替通过蓄热装置，达到利用烟气热量加热瓦斯的目的。加热炉的燃烧器是属于扩散燃烧性质的燃烧器，具有边混合边燃烧的特征。在燃烧过程中会生成氮氧化物，氮氧化物(NOx)的种类很多，但造成大气污染的 主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO)，因此环境学中的NOx 般指这二者的总称。2加热炉中的氮氧化物排放通常由约90%到95%的NO和约10%到5%的NO组成。2NO 一旦排放到大气中，在光触媒的作用下几乎立即反应生成NO。氮氧化物除直接2影响环境空气中二氧化氮(NO)浓度外，还对细颗粒物(PM2.5)、臭 氧(O)浓度23有协同影响作用。并且已有研究证明，NOx在
3、光照条件下还会发生光化学反应， 所生成的化学烟雾会对人的眼睛、鼻、喉等器官造成刺激，使人产生慢性支气管 炎、鼻粘膜刺激、哮喘等疾病，严重的甚至会引发肺癌。国家环保已明确要求需 切实减少NOx的排放量。在此背景下，围绕蓄热式加热炉的低氮氧化物燃烧技术 展开研究，设计出一种高效实用的低NOx燃烧器具有重要的现实意义。1. 加热炉氮氧化物的生成分析控制NOx排放的技术措施可分为两大类：一是所谓的一次措施，其特征是通 过各种技术手段，控制燃烧过程中NOx的生成反应。属于这类措施包括所有的运 行改进措施和除燃料分级技术外的燃烧技术措施。另一类是二次措施，其特征是 把已经生成的NOx通过某种手段还原为N，
4、从而降低NOx的排放量。属于这类措2施的有选择性催化还原法（SCR）、非催化还原法（SNCR），以及80年代后期才 出现的燃料分级燃烧技术。通过对加热炉烟气产生流程进行分析发现，燃烧中的NOx根据产生机理可分 为：燃料型、热力型及快速型3种：1）热力型氮氧化物，指空气中的氮气在1350C以上高温下氧化而生成的， 在火焰峰值温度1400C及以上时，氮氧化物的排放量会大幅增加，氧气和燃料气 混合的越快、越充分、燃烧速度越快，火焰峰值温度就越高，而随着过量空气百 分比的增加，氮氧化物的排放量也会增加。2）快速型氮氧化物，指空气中的氮气与燃料中的碳氢离子团（CH等）反应生 成HCN化合物，再燃烧生成的
5、氮氧化物。温度。cNOmg/m3i =0.95NOm2g/m3a=1NOmg/m3NOmg/m38000.0040.0008200.0050.0058500.0060.0008700.0070.0059000.0080.0109200.00100.015NOmg/m31518232835NOm2g/m30.060.070.070.080.0809750.00150.01600.1010000.00170.01720.1110250.00210.01840.1210500.00240.01990.1210750.00280.011150.1311000.00330.011330.1411750.
6、00500.012000.1612000.00570.012270.1612250.00650.012560.1712500.00750.012890.1812750.00860.013240.1913000.00990.013620.1913750.001540.024950.221400142514501475150011172434480.000.000.000.000.001792092442843310.020.030.030.040.055476026627267960.220.230.240.250.2615751600162516501675170012917423130439
7、35010.000.010.010.020.030.0451859969179591210440.070.090.100.120.140.161042113912441361148816280.300.310.330.350.370.39177518001825185018751900946113713521591185421440.100.120.160.200.250.301538174019632208247727710.250.290.330.380.440.502140234625722820309133870.490.530.580.630.680.740.430.500.5834
8、41381942280.640.720.814060443948490.890.971.06通过大量的实验和监测，分析 NOx 生成量与炉温以及空气过剩系数之间的关 系表 1 得出以下结论：1）NOx 的生成量随炉温及燃烧温度的升高而呈指数级上升，控制热量的分配 维持炉温的均匀性可避免产生局部高温。2）控制燃烧室内流场，强化气流的均匀分布、强化空气与燃料的混合程度 则可有效控制局部空气过剩系数。3）增加分配器使得均匀度U值由0.36增加至0.78 （理想均匀U值=1），有 效的均化热与流场，在同等条件下，可以降低燃烧室 NOx 的生成。3. 低 NOx 燃烧器的应用空气分级低 NOx 燃烧器是
9、目前使用最广泛，技术最成熟的燃烧器，其基本原 理是在燃烧器喷口附近的着火区形成a 1的富燃料区，形成还原性气氛，同时将 二次风分成 2 股，分级送入已着火的煤粉气流。通过调查数据分析，建议采用空 气分级的原理，可对风量进行合理控制，安全性高，可以保证燃料充分燃烧的同 时，降低燃烧区域的温度，抑制热力型 NOx 的生成。在现有燃烧器的位置上方、热循环瓦斯出口下部，加热炉炉壁上再增加一台 燃烧器，接到现有燃烧风总管上，利用蝶阀调整进风量，使得新增的燃烧器能够 实现二次燃烧功能。通过二次布风的配合，使没有燃烧充分的燃烧瓦斯可通过二 次燃烧全部消耗，使得燃烧室通道中不再可能形成局部的高温区域。改造后结
10、构 如图 1：循环瓦斯i 口匚口 L 】 :D 3 口匚口 E i 口 口口口 :口口口 口口匚 口口 a c : 3 口 匚 口 E 口口口口口口口 1 D口口口 I 口口口 13 口 I： I 口 口 口口 口 I： :E1 口口 1 口口 I： 1O0 0 】口口口口口 口口口 1 口口口口 】口口口 :口 口口匚 匚 J口口口口口口 :a 口匚口 n口匚1 口口 口 :口口口E 】口口口口 ：D 30 C E 1 口 口口口 1 口 口口 i o a 图 1 加热炉分级燃烧工艺流程示意4. 改造前后烟气 NOx 含量检测结果对比分析进风变化对氮氧化物浓度影响较大，通过调整配风比例，可实
11、现低氮燃烧使氮氧化物排放满足要求。改造前后烟气 NOx 含量检测结果对比情况如表 2：表 2 改造前后烟气 NOx 含量检测结果对比表助燃燃烧室温度烟气组成风比(C)改造后，NOx (mg/m3)669.42改造前549.56279.88151.84174.09改造后改造后改造后改造后烟气中氧含量均超过2%，说明供氧充足，可保证瓦斯气燃烧完全，烟气中无可燃物。加热炉加热温度变化不大，对干馏供热无影响。5. 结论本项目经优化设计后：1）综合供热能力增加：额定热瓦斯供给有48180m3/h增加至56126m3/h，供 热能力增加大16.5%,额定燃烧量增加至单炉19000Nm3/h，蓄热体重量由原295t 增加至3651、换热面积由4720m2增加至8455m2，同时散热量减少，外壁温度降至 W58C，燃尽率提高等各因素协同影响，综合供热能力增加。2）燃烧室燃
