低氮燃烧原理

发布时间：2024-01-19 17:14:54| 来源：乐鱼平台登录

  介绍了燃烧过程中，NOX产物的分类及各类的生成原理。并以此为依据，分析了生成NOX的影响因素、控制NOX生成的入手点。通过空气分级燃烧技术，举例说明了低氮燃烧技术的具体实施。

  低氮燃烧原理所谓低氮燃烧，是通过调整燃料与空气在各燃烧阶段配比的方式，使燃烧产物中氮氧化物大幅度降低的燃烧技术。煤粉在燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。煤粉在燃烧过程中生成NOx的途径有三个：（1）热力型NOx。空气中氮气在高温下氧化生成的NOx，一般在1300以上生成，占总量的10～20%；（2）燃料型NOx。燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解之后又氧化而形成的NOx，占总量的75～90%；（3）快速型NOx。燃烧时空气中的氮，在火焰前沿的早期阶段，和燃料中的碳氢原子团反应而形成的NOx，其所占比例很小，一般不予考虑。热力型NOx的生成机理为O22O（反应速度最快）N2温度T1538（反应速度最慢）O2温度T816（反应速度较快）从反应机理来看，抑制热力型NOx生成速度的主要是第二个化学反应，氮气分子N2需要非常高的温度和非常大的能量才能断开分子键NN，生成活性的氮原子N。另外，需要有足够活性的氧原子O与之结合，才可生成热力型NOx。由此可见，足够高的温度水平和足够高的氧气浓度，是生成热力型NOx利条件。燃料型NOx的生成机理为O22O燃料自由基(N+NH+CN)+…，温度T=700~800自由基+ON2+…（缺氧环境）在一般的锅炉燃烧工况下，800的温度水平是很轻易达到的，只要燃料中含有元素，含N自由基的生成是不可避免的。因此，足够高的氧气浓度，是生成燃料型NOx的有利条件根据以上分析，NOX生成条件总结如下：首先要生成自由N原子或含N自由基：对热力型NOx，其来源为NN，破坏分子键需极高的温度来提供足够的能量；对燃料型NOx，其来源为含N有机物热解，键能小，对温度要求低。其次要有氧与自由N原子或含N自由基结合：相对与N，氧更倾向于与C、H等结合，只有氧浓度较高时，NOx自由基，会结合成NN，由此减少自由N。由此可见，控制NOX生成量可以从以下两点入手：控制自由N原子或含N自由基的生成——降低炉膛温度。对T-NOX效果明显，对F-NOX几乎无效果。控制局部氧浓度——主燃烧区缺氧燃烧对T-NOX、F-NOX都有效果，对F-NOX效果尤为明显。由以上分析可见,在煤粉燃烧过程中，NOx的生成量，与各燃烧阶段的燃烧温度和过量空气系数等条件紧密关联。基于炉内的低NOx燃烧技术，就是根据NOx的形成受温度、氧量的影响极大这一规律，通过改进燃烧方式，降低NOx大量生成温度区间内的氧气浓度，以此来降低NOx的生成量。NOx煤粉燃烧系统模块设计的主要任务是减少燃料型NOx的生成量。燃料型NOx为煤中的有机氮氧化生成的，生成温度不高于热力型，但与氧的浓度关系紧密，煤粉与空气的混合过程对其有显著影响。因此，降低燃料型NOx的主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分级燃烧技术，尽可能地使燃烧过程偏离生成NOx的最佳化学当量比。空气分级燃烧技术，是应用比较广泛的一种低氮燃烧技术。在垂直方向上空气分级投入，总体上分成主燃烧区、紧凑燃尽风COFFA区、分离燃尽风SOFA原子和含N自由基转化为N2；不完全燃烧使燃烧温度降低，由此减少了热力型NOX生成。两方面都降低了NOX生成量。由于缺氧未完全燃烧的燃料，在COFFA和SOFA区补入足够的氧燃尽。