电站锅炉低氮燃烧技术与原理概述

电站锅炉低氮燃烧技术与原理概述内容摘要：

灰斗和侧墙上布臵空气槽口，以很低的流速向炉内送入一层称为“边界风”的空气流，总流量约占总空气量的 5%，这些边界风进入锅炉后沿炉壁上升，使水冷壁表面保持氧化性气氛，可有效防止炉膛水冷壁腐蚀或结渣。 烟气再循环 技术简述 除了空气分级燃烧以外，烟气再循环是目前使用较多的低氮燃烧 技术。 它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分烟气返回炉内，利用惰性气体的吸热和氧浓度的降低，使火焰温度降低，抑制燃烧速度，减少热力型 NOx。 抽取的烟气可直接送入炉内，也可以和一次风或二次风混合后送入炉内。 图 3 为锅炉烟气再循环系统示意，从空气预热器前抽取温度较低的烟气，通过再循环风机送入混合器中与空气混合，然后再一起送入炉内，当烟气再循环率为15%～ 20%时，煤粉炉的 NOx排放浓度可降低 25%左右。 图 3 锅炉烟气循环系统示意 烟气再循环率 再循环烟气量与未循环时锅炉烟气量的比称为烟气再循环率。 在采用烟气再循环法时，由于烟气量增加，将引起燃烧状态不稳定，从而增加未完全燃烧热损失。 故烟气再循环率的增加幅度是有限度的，电站锅炉的再循环率一般不超过 20%。 适应范围与条件 这一技术既可在一台锅炉上单独使用，也可和其它低氮燃烧技术配合使用。 可用来降低主燃烧器空气的浓度，在与燃料分级技术联合使用时还可用来输送二次燃料。 采用烟气再循环技术需要安装再循环风机、循环烟道，这些都需要场地，从而在现有电站进行改造时对锅炉附近的场地条件有一定的要求。 燃料分级燃烧 基本原理与技 术概述 由 NOx的还原机理可知，已生成的 NO 在遇到烃根 CHi和未完全燃烧产物 CO、 H C 及 Cn Hm时，吴碧君 等： 电站锅炉低氮燃烧技术与原理概述 70 会发生 NO 的还原反应，从而将已生成的 NO 还原成 N2。 利用这一原理，将 80%～ 85%的燃料送入第一级燃烧区，在α＞ 1 的条件下燃烧并生成 NOx，送入一级区的燃料称为一次燃料。 其余 15%～ 20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区，在α＜ 1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的 NOx 在二级燃烧区内被还原成氮气分子（ N2）。 二级燃烧区称为再燃区，送入二次燃烧区的燃料称为二次燃料。 在再燃区中不仅 使得已生成的 NOx 得到还原，而且还抑制了新的 NOx 的生成，可使 NOx的排放浓度进一步降低。 一般情况下，采用燃料分级的方法均可使 NOx 的排放浓度降低50%左右。 在再燃区的上部还需布臵“火上风”喷口，形成第三级燃烧区即燃尽区，以保证在再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。 图 4 为燃料分级低氮燃烧原理的示意。 图 4 燃料分级燃烧原理示意 二次燃料的选择 与空气分级燃烧相比，燃料分级燃烧在炉膛内需要有三级燃烧区，使燃料和烟气在再燃区内的停留时间相对较短，所以二次燃料宜选用容易着火和燃烧的气体或液体燃 料，如天然气，如仍采用煤粉也要选择高挥发酚的易燃煤种，并且要磨得更细。 从燃料分级原理可知，再燃区的还原性气氛中最有利于 NOx还原的成分是烃（ CHi）。 根据这一原理，选择二次燃料时应采用能在燃烧时产生大量烃根而又不含氮的燃料，如丙烷（ C3 H8）在再燃区内能有效地降低 NOx的浓度。 图 5 为各种不同燃料的各再燃区过剩空气系数（α 2）条件下产生的 NOx的浓度。 各种煤种产生 CHi的情况及含氮量的不同，其降低 NOx的效果也不同。 而氢气（ H2）由于本身不能产生烃根，故效果最差。 有研究表明，与煤和油相比，天然气是最有效的 二次燃料，并且其中碳原子数目较多的烃的含量越多，其降低 NOx的效果越明显。 图 5 不同的二次燃料时α 2对 NOx产生量的影响 当以甲烷作二次燃料时，尽管不同的煤种在过剩空气系数α 1＞ 1 的一级燃烧区内所生成的。