低氮燃燒技術(shù)在鍋爐節(jié)能減排中的運(yùn)用論文
摘要：探討分析NOx的生成機(jī)制，闡述低氮燃燒技術(shù)在鍋爐節(jié)能減排中的應(yīng)用情況及其可能存在的問題，以解決控制NOx的排放量，減少環(huán)境污染。
關(guān)鍵詞：低氮燃燒技術(shù)；節(jié)能減排；鍋爐
能源消費(fèi)一直是世界共同關(guān)注的問題，隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展，能源消費(fèi)需求不斷擴(kuò)大，節(jié)省能源消費(fèi)是一大命題。因此，氮能源的減排及其充分利用就越發(fā)重要。低氮燃煤技術(shù)具有低投資、高效益的優(yōu)點(diǎn)。氮能源在我國工業(yè)鍋爐的應(yīng)用中相當(dāng)普及，但同時(shí)氮能源在鍋爐中燃燒過程時(shí)會(huì)加速擴(kuò)大NOx的排放量及速度，如果不能節(jié)能減排，將不能充分發(fā)揮它的價(jià)值，且會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)氮能源，甚而影響環(huán)境健康，所以嚴(yán)格控制NOx的排放量首當(dāng)其沖。鍋爐中低氮燃燒技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是改善燃燒條件，使其充分燃燒，產(chǎn)生更多能量同時(shí)減少NOx生成。目前我國工業(yè)鍋爐常用的低氮燃燒技術(shù)主要有燃料分級(jí)技術(shù)、空氣分級(jí)技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)等。
1氮能源在鍋爐中生成氮氧化物的機(jī)制
氮能源燃料在鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要包括N2O、NO2、NO，N2O占總含量約1%，NO2占總含量約2%~10%，含量最多的是NO，占總含量90%以上，各種NOx含量比例的差異和燃燒條件關(guān)系密切。鍋爐生產(chǎn)中NOx的生成機(jī)理主要有三種類型：燃燒型、熱力型、快速型。
1.1燃燒型
燃燒型NOx是氮能源燃料在鍋爐中的完全燃燒及不完全燃燒產(chǎn)生的。我們知道，氮能源燃料中氮化合物的熱分解溫度是600℃~800℃，在該溫度條件下生成燃燒性NOx。首先是含氮化合物高溫分解成中間環(huán)節(jié)產(chǎn)物，主要包括N、氰化氫、氰化物等，然后中間產(chǎn)物進(jìn)一步氧化形成了NOx。煤粉鍋爐含氮能源的燃燒過程相繼發(fā)生揮發(fā)份燃燒、焦炭燃燒2個(gè)階段，所以，燃料型NOx的生成與揮發(fā)份燃燒、焦炭燃燒有密切關(guān)系。
1.2熱力型
熱力型NOx的產(chǎn)生的必備條件是高溫，它是指氮能源燃燒過程中空氣中的N在高溫下氧化產(chǎn)生，在鍋爐中經(jīng)過燃燒生成NOx的一系列連鎖效應(yīng)[1]。溫度是影響空氣中O、N化轉(zhuǎn)為NOx的必需因素。隨著溫度的改變，產(chǎn)生的NOx含量及含有比例也會(huì)發(fā)生改變，溫度越高，產(chǎn)生的各種NOx的速度越快、產(chǎn)量就越高。反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)速度以指數(shù)規(guī)律而增加。
1.3快速型
快速型NOx是指當(dāng)?shù)茉慈剂暇植繚舛冗^高時(shí)，在氮能源燃料燃燒區(qū)附近會(huì)快速生成Ox。碳?xì)浠衔锝?jīng)過高溫條件下分解會(huì)產(chǎn)生碳?xì)渥杂苫細(xì)渥杂苫c空氣中的氮?dú)夥磻?yīng)生成N2和氰化氫，N2和氰化氫再與空氣中的O2以極為快速的方式生成NOx，NOx生成量與爐膛壓力為正相關(guān)，溫度變化不明顯。鍋爐NOx的生成含量及其比例需要考慮以下因素：（1）氮燃料本身的物理及化學(xué)特點(diǎn)。（2）鍋爐工作時(shí)的高溫燃燒溫度范圍。（3）燃燒區(qū)內(nèi)煙氣中N2、O2、燃料煤的含氮量，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。
2鍋爐低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用
鍋爐低氮燃燒技術(shù)主要是在鍋爐工作時(shí)改變?nèi)紵龡l件，最大程度地減少NOx的生成，或通過最大程度地消耗已產(chǎn)生的NOx使之降低到最少，或兩種手段都兼?zhèn)洹３Ｒ姷腵氮能源低氮燃燒技術(shù)包括低過量空氣技術(shù)、空氣分級(jí)技術(shù)、燃料分級(jí)技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)等。
2.1低過量空氣技術(shù)
NOx的產(chǎn)生隨著爐內(nèi)的空氣量增加而增加，所以當(dāng)鍋爐內(nèi)空氣含量過低時(shí)，可減少NOx的產(chǎn)生，同時(shí)可以降低鍋爐內(nèi)熱造成的損耗。低過量空氣技術(shù)有可能引起CO、炭黑污染物和碳?xì)浠衔锏却x產(chǎn)物的堆積、降低燃燒效率。所以在工業(yè)鍋爐生產(chǎn)工作中，當(dāng)確認(rèn)空氣過剩時(shí)，要注意同時(shí)滿足鍋爐熱效率、燃燒效率及降低NOx等條件，從而在減少NOx產(chǎn)生的同時(shí)盡量避免降低熱效率。
2.2燃燒分級(jí)技術(shù)
燃料分級(jí)技術(shù)是指氮能源燃料進(jìn)行燃燒時(shí)燃燒區(qū)氣體狀態(tài)均處于接近自然空氣的特性下。所需空氣先后2階段通入，即兩段燃燒[2]。第一段空氣約占空氣量的5%~10%左右，燃料明顯多于氧氣，此時(shí)呈較低的燃燒區(qū)域，從而使生成的NOx減少。第2階段是將剩余的空氣送入溫度比較低的區(qū)域，使第一段燃燒產(chǎn)生的不完全燃燒產(chǎn)物完全燃燒。兩階段通氣后，盡管氧氣多于燃料，但因?yàn)闊煔鉁囟鹊慕档投鴾p少了NOx的快速生成。同時(shí)在再燃區(qū)設(shè)置燃盡風(fēng)噴口可確保不完全燃燒產(chǎn)物能夠完全燃燒。
2.3空氣分級(jí)技術(shù)
空氣分級(jí)技術(shù)是通過降低燃料點(diǎn)火區(qū)的O2濃度，使點(diǎn)火區(qū)產(chǎn)生的揮發(fā)分更充分地和NOx進(jìn)行還原反應(yīng)，加速NOx的代謝，減少NOx的排放，同時(shí)在主燃區(qū)充分的供O2量則可以使氮能源燃料得到充分燃燒。空氣分級(jí)燃燒技術(shù)有水平方向和垂直方向燃燒技術(shù)2種。水平方向空氣分級(jí)技術(shù)一般是指在與煙氣垂直的爐膛斷面上通過將一次風(fēng)、二次風(fēng)不等切圓，部分二次風(fēng)射流偏向爐墻進(jìn)而引起空氣分級(jí)燃燒。垂直方向空氣分級(jí)技術(shù)是將燃料所需的空氣分成主二次風(fēng)和燃盡風(fēng)兩部分送入爐膛使燃料最終盡可能多地完成完全燃燒，減少NOx的排放的同時(shí)，提升熱效率。2.4煙氣再循環(huán)利用技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行再循環(huán)利用是減少NOx生成的有效途徑。機(jī)理是將部分已經(jīng)冷卻的煙氣循環(huán)利用，重復(fù)多次送入到燃燒區(qū)，通過多次循環(huán)往復(fù)一方面可以降低O2濃度，提高主燃區(qū)的工作溫度，減少NO生成，另一方面可以達(dá)到提高高熱效率的效果，煙氣循環(huán)率一般在5%~20%的之內(nèi)最佳，這種狀態(tài)減少NOx生成的效果最好。
3低氮技術(shù)存在的問題
氮能源低氮燃燒技術(shù)是目前實(shí)踐中節(jié)能減排的重要手段之一。但是也存在著一定不足之處：（1）隨著2階段燃燒方法中空氣量的增大，不完全燃燒的損耗增加。（2）氧氣量過低、燃燒區(qū)溫度過低時(shí)，如果不同時(shí)提高燃料細(xì)度，其他飛灰可燃物的產(chǎn)生會(huì)大范圍增大。在燃燒器區(qū)域的水冷壁管的金屬在缺氧狀態(tài)下燃燒會(huì)加速腐蝕損壞。（3）在降低燃燒溫度與延遲燃燒時(shí)間的同時(shí)，也降低了著火的穩(wěn)定性及鍋爐的低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性，安全生產(chǎn)系數(shù)降低。
4結(jié)語
隨著工業(yè)發(fā)展，國家越來越重視盡可能減少NOx的排放，企業(yè)在加大生產(chǎn)的同時(shí)要兼顧如何有效降低鍋爐煙氣中的NOx含量，避免污染環(huán)境，提高鍋爐的熱效能。低氮燃燒技術(shù)能夠有效減少NOx的生成及其排放，但仍然存在不足之處，因此如何完善并解決其相關(guān)技術(shù)及其可能產(chǎn)生的不良問題是我們目前需要解決的問題。
作者:鄭于賢 單位:福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院莆田分院
參考文獻(xiàn):
[1]梁春壽.低氮燃燒技術(shù)在1080t/h燃煤鍋爐上的應(yīng)用//中國金屬學(xué)會(huì).2014年全國冶金能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會(huì)文集[C].北京:中國金屬學(xué)會(huì),2014:5.
[2]王凡,劉宇,盧長柱,等.層燃鍋爐低氮燃燒技術(shù)研究[J].環(huán)境工程,2014(1):140-143.