低氮燃烧技术的分析及应用

吴光跃

摘要：随着我国的经济建设的不断发展，对于能源的需求在不断地加大。在工業上，火电厂作为重要的能源来源，对生产的发展起到了重要的作用。但是在生产中，由于氮氧化物的排放，严重的影响了生态环境的建设与人们的生命健康。因此，需要加强其技术的改进。文章通过对低氮燃烧技术进行综合的分析，并对其改造技术进行了阐述，以期能够提供一个借鉴。

关键词：低氮燃烧；技术；分析；应用

导言：

氮氧化物（NOx）是造成大气污染的主要污染物之一，也是“十三五”期间需要重点治理的主要污染物之一。NOx的排放会给自然界和人类活动带来严重危害，包括对人体的制毒作用、对植物的损害作用、形成酸雨或酸雾、与碳氢化合物可形成光化学烟雾、破坏臭氧层等[1]。我国NOx污染范围和程度已相当严重，其中电厂的NOx排放是主要源头之一，烟气脱氮技术已经成为大气污染防治的重要课题。

1低氮燃烧技术产生原理

在火力发电厂锅炉燃烧产生的氮氧化物中通常包含着2种成分，一中是NO2，含量大概在5%-10%左右，剩下的大量的是NO，含量在90%左右，占大部分。氮氧化物中的NO在氧气的作用下就会生成NO2，在锅炉中NO的形成通常分为如下三种方式：

1.1热力类型的NO

热力类型的NO，通常是由于空气中的氮气和氧气在高温下产生，在锅炉中经过燃烧生成NOX，而在该类型下影响空气中氮转化为为当氧化物的各种影响因子中，温度占了相当大的一个因素，据一项研究表明，当锅炉中的燃烧温度高于1500摄氏度的时候NO生成量会成指数规律性的速效增加，其他的几个因素，包括在高温下停留的时间，氧气的浓度大小都与NO的形成成正比，如果减少在高温下的停留的时间，降低氧气的浓度的时候就可以在一定范围内降低NOX产生的数量。

1.2快速类型的NO

快速类型的NO产生的原理是氮分子在锅炉内火焰的边缘燃烧的时候快速的形成的，通常需要在碳氢化合物的参与中完成，影响因子同样为氧气的含量还有锅炉内温度的含量，在温度升高的时候，转化率逐渐提高，但是通过实验发现快速类型产生的NO在锅炉中所有氮氧化物中的比例只有不到5%，所以一般可以忽略不做考虑。

1.3燃料类型的NO

燃料型类型的NO产生的方式是以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在锅炉燃烧过程中被氧化而生成的。其生成温度为600～700摄氏度，化石燃料中的氮通常是煤炭燃烧过程中产生的NOX的最主要的来源，通常燃料类型的NO相比其他类型的NO更加容易的生成。通常在锅炉中的NOX的60%～80%是由于燃料燃烧形成的，燃料中的氮比空气中的氮容易生NO，在实际生产中由于燃煤种类的不同，燃烧产生气体中的含氮量有所不同。

2低氮燃烧技术在燃气电厂中的应用

2.1福建某燃气电厂

2.1.1企业概况

电厂建设4套350MW级（9F级）单轴燃气-蒸汽联合循环机组。每套机组包括1台干式低氮燃气轮机、1台蒸汽轮机、1台无补燃三压再热型余热锅炉、1台发电机以及相关的附属和辅助设备。

2.1.2废气处理系统简介

该厂一期4套350MW级单轴燃气-蒸汽联合循环机组以天然气为燃料，采用日本三菱生产的干式低氮燃烧器，烟气通过65米高烟囱排放。烟气在线监测装置为厦门格瑞斯特环保科技有限公司生产，布置在余热锅炉附属楼，可实时测量NOx、SO2、CO、CO2、O2等组分。

2.1.3废气抽样监测结果及评价

选取一天中的两个时段进行抽样监测，该厂1#、2#和3#机组烟囱废气监测结果及评价如下：

2.2深圳某燃气电厂

2.2.1企业概况

该厂拥有美国GE公司生产的PG9171E型燃气-蒸汽联合循环发电机组两套。总装机容量59.5万千瓦，年生产发电能力约20亿度，是深圳最大的燃机调峰电厂之一。

2.2.2废气处理系统简介

两套发电机组以天然气为燃料，采用低氮燃烧技术。两套机组烟气在线自动监测装置由深圳世纪天源环保公司生产，目前运行正常。

3技术改造方案

在低氮燃烧技术阶段，某公司热电厂4号锅炉需改造或更换现有低氮燃烧器LNB，降低燃烧过程中NOx的生成量；增设一套燃尽风SOFA系统，进一步降低燃烧过程中生成的NOx。本次改造主要包括三部分内容：

3.1一次风改造内容

（1）移除全部浓淡分离器；（2）减小喷嘴面积，保持高宽比；（3）保持内部钝体不变；（4）增加两块内部水平隔板；（5）同时减小连接风管接口尺寸；（6）周界风出口保持不变，周界风宽度变为25。

3.2二次风改造内容

（1）减小OFA层喷嘴尺寸；（2）减小CC层喷嘴尺寸；（3）减小AB层喷嘴尺寸；（4）OFA、CC、AB增加两块内部垂直隔板夹角为10°和15°，以保证风向。

3.3燃烧器改造

低氮燃烧器用于控制每一个燃烧器的燃料和空气的混合，燃料和空气分级送入燃烧设备，其特点在于降低初始燃烧区域内的氧浓度，从而也相应的降低火焰峰值温度，达到了较少NOx的形成目的。在喷口水平中线装有倾斜装置，增加燃烧的倾斜区域来实现深度分级，燃烧器喷口四周的平衡周界风，延迟一二次风的混合，这些区域可以进一步阻止燃料中的N形成NOx。富燃料区域的存在使火焰最高温度被降低，从而减少了热力型NO的形成。为了在较低的飞灰含碳量下获得较低的NOx浓度，煤粉分布盘布置在煤粉喷嘴入口至燃烧器之间的弯头位置的下游。煤粉分布盘对煤粉流有很好的浓缩作用，使来流煤粉更集中于燃烧器的中轴线形成一个特殊的风包粉状态，这样的煤粉流喷入炉膛内，从煤粉流中心形成一个较大欠氧燃烧的火焰，使初始燃烧的NOx生成率更低，同时风包粉的煤粉流使切圆燃烧的煤粉远离炉膛四壁避免结渣。

3.4新加装SOFA喷嘴及风道

被燃烧器导向的燃烧空气在炉膛下部形成富燃料区，煤在低氧区挥发，迫使燃料里的氮形成N2而不是NO。在进入锅炉对流区之前，缺氧燃烧产生的烟气再与燃尽风系统产生的高动量的气流在炉膛上部混合，使燃料完全燃烧。

结束语

随着我国NOX排放总量的逐年上升，由此造成的环境污染也不断加剧，对NOX的控制迫在眉睫。低NOX燃烧技术投资低，且有较好的效果与运行经验，特别是低氮氧化物燃烧器与空气分级燃烧的联合使用，效果更佳；烟气脱硝技术中SCR和SNCR具有较多的商业化运行业绩，且脱硝效率较高。我国NOX控制起步较晚，低NOX燃烧系统是在进口燃烧器的基础上进行开发研制的，烟气脱硝技术也是刚刚起步。我国应在广泛采用低NOX燃烧器与空气分级燃烧联合使用等低NOX燃烧的基础上，加快烟气脱硝示范工程的建设，广泛开展国际合作，在引进消化国外烟气脱硝技术的基础上，尽快实现烟气脱硝国产化，降低烟气脱硝的投资与运行费用，从而有效控制NOX的排放，推动国民经济和环境保护的协调发展。

参考文献：

[1]王广盛，赵显坤，桂永亮.工业锅炉NOx污染及防治[J].石油化工环境保护，2017，26（2）：52-54.

[2]董计鑫.锅炉低氮燃烧技术分析及应用[J].能源与节约，2016，8：98-99.

[3]环境保护部科技标准司.GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社，2018.