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低氮燃燒原理
低氮燃燒原理
發布時間：
2020-06-08 09:45
來源：
作者：
誰為天空再添一抹藍色？
隨著國民意識的覺醒和國家政策的約束力加強，國家的環保機構檢查力度越來越大。低氮鍋爐設備的日益盛行，極大保證了人們居住環境的有害氣體不超標，有利于企業朝著良性的方向發展。隨著技術的不斷完善，低碳鍋爐還將為人類、社會和環境帶來更深遠的意義。減少NOx排放是改善環境空氣質量的需要，近年來的監測數據表明，典型特征污染物PM2.5出現較大超標比例和區域性長時間嚴重超標情況，改善環境空氣質量面臨巨大挑戰。減少NOx排放是改善空氣環境質量的重要任務之一，因此燃氣鍋爐低氮改造是非常有必要的。數十年來，金沙將節能技術應用于燃燒領域，將節能環保理念貫徹于研發和生產的每個環節。金沙通過數字化燃燒管理，有效的節省能源，減少污染物的排放，為我們的天空越來越藍貢獻一份力量。
一、 傳統的天然氣鍋爐燃燒器通常NOx排放值在120~150mg/m3左右。而普通低氮燃燒器通常NOx排放值在30~80mg/m3左右。超低氮燃燒器通常NOx排放值在30mg/m3以下。
傳統燃燒器的高NOx排放主要源于下述幾個原因：
1.為了保證燃燒充分，采用了較大的過?？諝?；
2.燃燒溫度通常在1700度左右；
二、NOX生成機理
燃氣燃燒生成的煙氣中NOX主要是NO，反應： O2 + N2 = 2NO － 180kJ
煙氣中NOX的種類：
（1）熱力型（溫度型）NOX：空氣及 燃料中N，在高溫下生成；
（2）快速型NOX：碳氫化合物燃燒 當燃料過濃時在反應區會快速生成NO。
（3）燃料型NOX：煤中氮化物熱分解和氧反應生成NO。
燃氣燃燒生成主要是熱力型NOX,即主要來源于空氣及燃料中N，在高溫下生成的煙氣NOX，造成環境污染。
三、控制熱力型NO生成的方法
1. 降低燃燒溫度水平；
2. 降低氧氣濃度，在濃燃料下燃燒；
3. 縮短煙氣在高溫區內停留時間；
4. 使燃燒在遠離 α=1的條件下進行。
現有的低氮燃燒技術主要圍繞如何降低燃燒溫度、減少熱力型NOx生成開展的，同時考慮通過初期快速混合以減少快速型NOx生成。其主要技術包括分級燃燒（包括空氣分級、燃料分級）、金屬表面預混燃燒、煙氣再循環（包括煙氣外循環、煙氣內循環）
四、 根據用戶要求，我公司可提供各種燃氣的低氮燃燒器，包括天然氣、焦爐煤氣、高爐煤氣、液化氣、沼氣、工業尾氣等，且在助燃風溫度＜300℃的情況下，仍能實現NOx排放小于80mg/Nm3的指標。
五、我公司根據配套設備的功率，分為兩類
1）功率大于4.2MW配套設備的低氮燃燒器采用煙氣再循環技術和分級燃燒技術，可減少70% NOx排放，CO排放未增加，會出現燃燒不穩定，與循環率相關；由于比熱的差異，CO2作為稀釋劑比N2更有效地降低NOx ，在燃料側與空氣側稀釋均能有效降低NOx生成，我公司多個低氮燃燒器現場反饋表明在空氣側稀釋更有效。采用煙氣再循環技術，NOx排放可小于30mg/Nm3。
隨煙氣再循環率增加，會造成1）輻射換熱量減??；2）對流換熱量增加3）在煙氣無冷凝時（排煙溫度大于120℃），隨煙氣再循環率增加，排煙溫度升高，4）鍋爐效率有一定下降。
2）對于功率小于4.2MW配套設備的低氮燃燒器采用全預混金屬纖維表面燃燒技術 ，其利用火焰分割降溫原理和較高的空氣過剩系數，降低火焰溫度，通過改變局部流速，精準的控制混風量，使燃氣與空氣完全預混后，再進入燃燒的過程，最大限度的降低了NOX的生成量，逐漸成為低氮燃燒技術的領先路線。 采用全預混金屬纖維表面燃燒技術，NOx排放小于30mg/Nm3；
FGR技術問題：
①降低火焰的燃燒溫度和氧濃度，會產生或多或少量的CO，使得鍋爐的熱效率和燃燒系統整體的穩定性也隨之下降，并導致產生二次污染，易引起鍋爐震動。隨著循環煙氣流量的增加，爐膛或煙道的振蕩易通過燃燒器本體及循環煙氣FGR管道直接影響燃燒系統的穩定性，所以循環煙氣流量并不是越大越好，通常，應小于總煙氣量的25% 。調試時，需根據配套爐型的爐膛直徑、長度、運行壓力及時調整火焰的直徑、長度，并配合調節旋流風、直流風、回配風之間的關系，避免因火焰直徑過大，沖撞爐膛內壁，引起爐膛震動。還需充分結合火焰的燃燒狀況、顏色、爐膛溫度及氧含量分析儀中氧含量、CO含量、NOX含量等參數綜合調節燃燒空燃比、回配煙氣閥K值。
②風機入口處/混風箱處易出現冷凝水，由于濕熱的煙氣與較低溫度的助燃風混合，容易產生冷凝水，可能侵蝕燃燒器的內部元件，并影響燃燒效果。當然這取決于煙氣和助燃風的溫度狀況，若冷凝水較大時，必要情況下可以考慮將FGR管路加保溫、預留冷凝水排放口以及助燃風預熱。
③可能會影響系統出力，由于需要另增加摻入約10~30%的循環煙氣到總煙氣量中，并進入到蒸汽鍋爐內部，所以就需要請鍋爐廠提前核對鍋爐本體、預熱器/省煤器、冷凝器及后續設備煙氣程的流通面積是否可以容納該部分煙氣；若煙阻過大，超出最大可容納范圍，將會引起鍋爐整套系統的震動。
④爐膛溫度擬控制在1000℃以下，請鍋爐廠核對爐內換熱面積在該溫度下是否可以滿足設計出力。（由于蒸汽鍋爐最初可能不是按照低氮設計的，受熱面布置的比例可能與低氮形式的爐子有所不同，因此可能會影響蒸汽鍋爐的實際出力）如果原系統日常的大部分時問都工作在滿負荷，則 FGR改造后可能出力不夠，此時不建議做 FGR改造。
⑤使用高精準線性關系，位置反饋準確的電動調節閥或配套電動執行器，以保證精準調節K值比例關系，增大低氮調節范圍，實現可靠的自動化比例調節。
⑥檢測時需根據爐型確定氧基準：
對于鍋爐：氧含量<3.5%；對于導熱油爐：氧含量控制在5%以下，最大不能超過6%。
針對氧含量分析儀的測點位置：盡量靠近爐膛出口，漏風系數偏小處，不選在煙囪上。
檢測值轉換：
質量濃度（mg/m3）=（31.6/22.4）*體積濃度(ppm) * (273/273+T煙) * （21-O2基準）/（21-O2實測）
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