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低氮燃烧原理

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低氮燃烧原理

【概要描述】

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谁为天空再添一抹蓝色?

随着国民意识的觉醒和国家政策的约束力加强,国家的环保机构检查力度越来越大。低氮锅炉设备的日益盛行,极大保证了人们居住环境的有害气体不超标,有利于企业朝着良性的方向发展。随着技术的不断完善,低碳锅炉还将为人类、社会和环境带来更深远的意义。减少NOx排放是改善环境空气质量的需要,近年来的监测数据表明,典型特征污染物PM2.5出现较大超标比例和区域性长时间严重超标情况,改善环境空气质量面临巨大挑战。减少NOx排放是改善空气环境质量的重要任务之一,因此燃气锅炉低氮改造是非常有必要的。数十年来,金沙将节能技术应用于燃烧领域,将节能环保理念贯彻于研发和生产的每个环节。金沙通过数字化燃烧管理,有效的节省能源,减少污染物的排放,为我们的天空越来越蓝贡献一份力量。

 

一、 传统的天然气锅炉燃烧器通常NOx排放值在120~150mg/m3左右。而普通低氮燃烧器通常NOx排放值在30~80mg/m3左右。超低氮燃烧器通常NOx排放值在30mg/m3以下。   

传统燃烧器的高NOx排放主要源于下述几个原因: 

1.为了保证燃烧充分,采用了较大的过剩空气; 

2.燃烧温度通常在1700度左右; 

二、NOX生成机理 

燃气燃烧生成的烟气中NOX主要是NO,反应: O2 + N2 = 2NO - 180kJ               

烟气中NOX的种类:

(1)热力型(温度型)NOX:空气及 燃料中N,在高温下生成;

(2)快速型NOX:碳氢化合物燃烧 当燃料过浓时在反应区会快速生成NO。

(3)燃料型NOX:煤中氮化物热分解和氧反应生成NO。 

燃气燃烧生成主要是热力型NOX,即主要来源于空气及燃料中N,在高温下生成的烟气NOX,造成环境污染。

三、控制热力型NO生成的方法 

1. 降低燃烧温度水平;

2. 降低氧气浓度,在浓燃料下燃烧;

3. 缩短烟气在高温区内停留时间;

4. 使燃烧在远离 α=1的条件下进行。

现有的低氮燃烧技术主要围绕如何降低燃烧温度、减少热力型NOx生成开展的,同时考虑通过初期快速混合以减少快速型NOx生成。其主要技术包括分级燃烧(包括空气分级、燃料分级)、金属表面预混燃烧、烟气再循环(包括烟气外循环、烟气内循环)

四、 根据用户要求,我公司可提供各种燃气的低氮燃烧器,包括天然气、焦炉煤气、高炉煤气、液化气、沼气、工业尾气等,且在助燃风温度<300℃的情况下,仍能实现NOx排放小于80mg/Nm3的指标。

五、我公司根据配套设备的功率,分为两类

1)功率大于4.2MW配套设备的低氮燃烧器采用烟气再循环技术和分级燃烧技术,可减少70% NOx排放,CO排放未增加,会出现燃烧不稳定,与循环率相关;由于比热的差异,CO2作为稀释剂比N2更有效地降低NOx ,在燃料侧与空气侧稀释均能有效降低NOx生成,我公司多个低氮燃烧器现场反馈表明在空气侧稀释更有效。采用烟气再循环技术,NOx排放可小于30mg/Nm3

随烟气再循环率增加,会造成1)辐射换热量减小;2)对流换热量增加3)在烟气无冷凝时(排烟温度大于120℃),随烟气再循环率增加,排烟温度升高,4)锅炉效率有一定下降。

2)对于功率小于4.2MW配套设备的低氮燃烧器采用全预混金属纤维表面燃烧技术 ,其利用火焰分割降温原理和较高的空气过剩系数,降低火焰温度,通过改变局部流速,精准的控制混风量,使燃气与空气完全预混后,再进入燃烧的过程,最大限度的降低了NOX的生成量,逐渐成为低氮燃烧技术的领先路线。 采用全预混金属纤维表面燃烧技术,NOx排放小于30mg/Nm3

 

FGR技术问题: 

①降低火焰的燃烧温度和氧浓度,会产生或多或少量的CO,使得锅炉的热效率和燃烧系统整体的稳定性也随之下降,并导致产生二次污染,易引起锅炉震动。随着循环烟气流量的增加,炉膛或烟道的振荡易通过燃烧器本体及循环烟气FGR管道直接影响燃烧系统的稳定性,所以循环烟气流量并不是越大越好,通常,应小于总烟气量的25% 。调试时,需根据配套炉型的炉膛直径、长度、运行压力及时调整火焰的直径、长度,并配合调节旋流风、直流风、回配风之间的关系,避免因火焰直径过大,冲撞炉膛内壁,引起炉膛震动。还需充分结合火焰的燃烧状况、颜色、炉膛温度及氧含量分析仪中氧含量、CO含量、NOX含量等参数综合调节燃烧空燃比、回配烟气阀K值。 

②风机入口处/混风箱处易出现冷凝水,由于湿热的烟气与较低温度的助燃风混合,容易产生冷凝水,可能侵蚀燃烧器的内部元件,并影响燃烧效果。当然这取决于烟气和助燃风的温度状况,若冷凝水较大时,必要情况下可以考虑将FGR管路加保温、预留冷凝水排放口以及助燃风预热。

③可能会影响系统出力,由于需要另增加掺入约10~30%的循环烟气到总烟气量中,并进入到蒸汽锅炉内部,所以就需要请锅炉厂提前核对锅炉本体、预热器/省煤器、冷凝器及后续设备烟气程的流通面积是否可以容纳该部分烟气;若烟阻过大,超出最大可容纳范围,将会引起锅炉整套系统的震动。 

④炉膛温度拟控制在1000℃以下,请锅炉厂核对炉内换热面积在该温度下是否可以满足设计出力。(由于蒸汽锅炉最初可能不是按照低氮设计的,受热面布置的比例可能与低氮形式的炉子有所不同,因此可能会影响蒸汽锅炉的实际出力)如果原系统日常的大部分时问都工作在满负荷,则 FGR改造后可能出力不够,此时不建议做 FGR改造。

⑤使用高精准线性关系,位置反馈准确的电动调节阀或配套电动执行器,以保证精准调节K值比例关系,增大低氮调节范围,实现可靠的自动化比例调节。

⑥检测时需根据炉型确定氧基准:

对于锅炉:氧含量<3.5%;对于导热油炉:氧含量控制在5%以下,最大不能超过6%。

针对氧含量分析仪的测点位置:尽量靠近炉膛出口,漏风系数偏小处,不选在烟囱上。

检测值转换:

质量浓度(mg/m3)=(31.6/22.4)*体积浓度(ppm) * (273/273+T烟) * (21-O2基准)/(21-O2实测) 

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