4低氮燃烧技术原理-培训教程

发布时间：2023-11-29 04:55:15| 来源：乐鱼平台登录

  45京能集团运行人员培训教程BEIHPlantCourse低氮燃烧技术原理lowNOXbustiontechnologyMAJword1.1NOX产生机理和抑制方法1132.1根本原理1314空气分级燃烧的根本原理15空气分级燃烧的主要形式15轴向空气分级燃烧的影响因素16径向空气分级燃烧的影响因素16燃尽风的种类16燃尽风布置方式的选择22空气分级燃烧技术的应用前景2324燃料再燃的原理24再燃燃料的选择25再燃燃料的选取25影响再燃效果的重要的因素27燃料再燃技术的开展前景2727烟气再循环机理27烟气再循环率的选择282829低NOX燃烧器的原理29直流煤粉燃烧器29旋流煤粉燃烧器32双调风燃烧器3339题库40word低氮燃烧技术1.1NOX产生机理和抑制方法锅炉燃烧过程中成成的氮氧化物〔主要是NO2〕严重地污染了环境。因此，抑制NOX的生成已成为大容量锅炉的燃烧器设计与运行时一定要考虑的主体问题之一。锅炉燃烧过程中产生的NOX一般可分为三大类：即热力型NOX(ThermaolNOX)、燃料型NOX〔FeulNOX〕、和快速型NOX〔PromptNOX〕。上述种氮氧化物的组成随燃料含氮量不同有差异。对于燃煤，通常燃料型NOX占70％～85％，热力型NOX占15％～25％，其余为少量的快速型NOX。图1-1不一样NOX生成量与炉膛温度的关系1.1.1热力型：热力型NOX是高温下空气中氮气氧化而成，其生成机理是由原苏联科学家捷里道维奇提出来的。温度对热力型NOX的影响十分很明显，热力型NOX又称为温度型NOX。当燃烧温度不高于1800K时，热力NOX生成极少；当温度高于1800K时，反响逐渐明显，且随温度的升高，NOX生成量急剧升高。控制热力型NOX的重点是降低燃烧温度水平，防止局部高温。（1）产生机理：1）化学反响与反响物、生成物活化能的影响：按泽尔多维奇机理，NO生成可用如下一组不分支连锁反响来说明。上述反响是一个连锁反响，决定NO生成速度的是原子N的生成速度，反响式+ONO+N是一个吸热反响，反响的活化能由反响式反响和氧分子离解反响的活化能组成，其和为542X10J/mol。分子氮比拟稳定，只有较大的活化能才能把它氧化成NO，在反响中氧原子的作用是活化的环节，它源于ONOX的生成量伴随氧气浓度和温度的增大而加大。正因为氧原子和氮分子反响的活化能很大，而原子氧和燃料中可燃成份反响的活化能又很小，在燃烧火焰中生成的原子氧很容易和燃料中可燃成份反响，在火焰中不会生成大量的的生成反响根本上在燃料燃烧完了之后才进展。热力型NOX的生成速度要比相应的碳等可燃成份燃烧速度慢，主要生成区域是在火焰的下游位置。2）反响时间的影响：在锅炉燃烧水平下，NO生成反响还未达到化学平衡，因而NO的生成量将随烟气在高温区内的停留时间增长而增大。另外，氧气的浓度直接影响NO的生成量，氧浓度水平越高，的生成量就会越多。当温度高于1500时，NO生成反响变得十清楚显，随着温度的升高，反响速度按阿累尼乌斯定律按指数规律迅速增加。通过实验得到，温度在1500以上附近变化时，温度每升高100，上述反响的速度将增大6-7倍。可见温度具有决定性影响。因此也就把这种在高温下空气中的氮氧化物称之为温度型NOX。（2）热力型NOX的抑制：热力型NOX的产生源于空气中的氮气在1500以上的高温反响环境下氧化，所以，控制热力型NOX的主要从一下几方面入手：1）降低燃烧反响是的温度，避开其反响所需要的高温环境；2）使氧气浓度处于较低的水平；3）减少空气中的氮气浓度；4）缩短热力型NOX生成区的停留时间。一般来说，工业燃烧过程中以空气为氧化剂时控制的浓度不容易实现，而富氧燃烧或纯氧燃烧技术就是以减少N由此减少热力型NOX的一种方法。降低燃烧温度在工程实践中是通过向火焰面喷射水/水蒸气来实现的。降低氧浓度能够最终靠烟气循环来实现。使一局部烟气和新鲜空气混合，既能够更好的降低氧浓度，同时能降低火焰的温度。此外分级燃烧和浓淡燃烧技术也能控制热力型NOX。word451.1.2快速型：快速型NOX主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反响形成的、H，继续氧化而生成氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区。快速温度型NOX在经氧化最后生成NOX。其转化率取决于过程中空气过剩条件和温度水平。（1）产生机理：快速温度型NOX的产生是由于氧原子浓度远超过氧分子离解的平衡浓度的缘故。测定发现氧原子的浓度比平衡时的浓度高出十倍，并且发现在火焰内部，由于反响快，O、OH、HOH+HOH+H可见，快速温度型NOX的生成可以用扩大的泽尔多维奇机理解释，但不遵守氧分子离析反响处于平衡状态这一假定。经实验发现，随着燃烧温度上升，首先出现H，在火焰面内到达最高点，在火焰面背后降低下来。在H浓度降低的同时，NO生成量急剧上升。还发现在H浓度经最高点转入下降阶段时，有大量的NHi存在，这些胺化合物进一步氧化生成NO。其中H是重要的中间产物，90%的快速温度型NOX而产生的。快速温度型NOX的生成量受温度的影响不大，而与压力的0.次方成正比。在煤粉炉中，其生成量很小，一般在5%以下。一般的情况下，对不含氮元素的碳氢燃料的较低温度的燃烧反响中，才着重考虑快速型NOX。（2）快速型NOX的抑制原理快速型NOX的特征是温度依赖性低，生成速度快。根据快速型NOX的生成机理考虑，它是由N2分子和CHI自由基反响生成的H又被数个基元反响氧化而成的。所以快速型NOX的控制主要从两个方面来入手考虑:抑制N2分子和CHI自由基的反响以与H的多个基元反响。1.1.3燃料型：燃料型NOX是燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解且氧化而生成的，是燃煤电厂锅炉产生氮氧化物的主要途径，其生成量主要与氧浓度〔化学当量比〕有关。燃料型NOX包括挥发分中均相生成的NOX和由残焦中异相生成的NOX两局部。挥发分中的氮主要以H和NH45形式析出，随后氧化生成NOX。焦炭中氮能够最终靠异相反响氧化生成NOX。其中由挥发分燃料氮转化而成的燃料型NOX〔简称挥发分燃料型NOX〕约占60％～80％，由焦炭燃料氮转化而成的NOX〔简称焦炭燃料型NOX〕约占20％～40％。燃料中氮的化合物中氮是以原子状态与各种碳氢化合物结合的，与空气中氮相比，其结合键能量较小，因而这些有机物中的原子氮较容易分解出来，氮原子的生成量大幅度提升，液体与固体燃料燃烧时，由于氮的有机物放出大量的氮原子，因此无论是挥发燃烧中还是焦炭燃烧阶段都生成大量的NO。就煤而言，燃料氮向NOX转化过程大致有三个阶段:首先是有机氮化合物随挥发分析出一局部，其次是挥发分中氮化合物燃烧，最后是炭骸中有机氮燃烧。 （1）产生机理： 燃料燃烧时，燃料氮几乎全部迅速分解生成中间产物I，如果有含氧化合物R 存在时，如此 这些中间产物I(指N，，H 和NHi 等化合物)与R(指O，O2 和OH 等)反响生成NO，同时I 可以与NO发生反响生成N ，并按下式进展反响: NH 燃煤中的氮生成NOX主要根据煤中的含氮量，显然煤中的含氮量越高，生成的NOX 越多。 当锅炉内生成NOX 时，还存在一系列氧化复原反响。 燃料氮的转化率主要受温度、过量空气系数(富裕氧浓度)和燃料含氮量的影响，一般在 10%~45%X 随着氮的转化率(主要受温度影响)升高，燃料氮转化率逐步的提升，但这主要发生在700~800温度区间内。因为燃料NO 既可通过均相反响又可通过多相反响生成，燃烧温度很低 时，绝大局部氮留在焦炭内；而温度很高时，70% -90%的氮以挥发分形式析出。某某大学研 究明确，850时，70%的NO 来自焦炭燃烧；1150时，这一比例降至50%。由于多相反响 的限速机理，在高温时可能向扩散控制方向转变，故温度超过900以后，燃料氮转化率只 有少量升高。 word 45其主要的生成阶段是燃烧起始时候，在煤粉炉占 NOX 生成总量的约 60%一 80%左右， 目前对燃料型 NOX 的研究仍在继续深入。燃煤中氮元素的含量一般约为 0.5%~2.5%，以 原子状态与煤中的碳氢化合物相严密结合，以链状或环状形式存在，主要是以N-C N-H键的形式存在，N-C 和N-H 键要比分子氮的N-N 键能小的多，更容易被氧化断裂生成NOX， 从这个反响的机理能够准确的看出燃料型NOX 要比热力型NOX 更容易产生。由于这种氮氧化物是 燃料中的氮化合物经过热分解和氧化产生的，故称之为燃料型NOX 而焦炭氮煤在通常的燃烧温度下以产生燃料型和热力型NOX 为主，对不含氮的碳型燃 料，只在较低温度燃烧时，才要重点考虑快速型 NOX，而当温度超过 1000时，如此主 要生成热力型NOX。可见，降低燃烧温度可有实际效果的减少NO 的生成，但当温度降低到900以 下时，燃料N 的转化率将提高。因此，仅通过降低燃烧温度来控制NOX的排放是不 够的，需要兼顾各方面因素。 （2）燃料NOX 的抑制： 经理论和试验研究结果明确，煤粉中氮转化成 NOX 的量主要根据炉内过量空气系数 的上下，当煤粉在缺氧状态下燃烧时，挥发出来的N 竞争环境中不足的氧气。但是由于氮竞争能力相对较弱，这就减少了 NOX 的形成；氮虽竞争氧能力比较差，但是却可以之 间相互作用而生成无害的氮气分子。由以上结论能够准确的看出，在富燃料条件下降低炉内的过量 空气系数能在很大程度上抑制燃料型NOX 的生成。 同时，燃料中的含氮量也是影响燃料型 NOX 生成的一个主要的因素。研究之后发现，含氮量 越高的燃料生成 NOX 的转化率越低。但是由于基数相对较大，实际燃烧过程中高含氮量燃 料最终所产生的燃料型 NOX 要远大于含氮量低的燃料。研究明确燃料中的氮是在较低温度 下就开始分解，故温度对燃料型NOX 的生成影响不是很大。 综上所述，降低燃料型 NOX 的重要的因素是减少反响环境中的氧气浓度，使煤粉在 环境中进展燃烧反响；在扩散燃烧时候推迟空气和燃料的混合；在允许条件下应当燃用含氮量低的燃煤。 燃烧过程中最终生成的NO浓度和燃料中氮全部转化成NO时的浓度比为燃料型NOX 的转化 率CR＝【最终生成的NO 浓度】【燃料全部转化成NO 的浓度】 试验研究明确，影响CR 的重要的因素是煤种特性以与炉内的燃烧条件。 用挥发分化学当量比〔SRV Stoichiometric Ratio

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