什么叫低氮燃烧？

发布时间：2023-10-12 14:02:22| 来源：乐鱼平台登录

  低氮燃烧器就是将传统燃烧器进行增加鼓风机、引风机、变频器使用控制阀和多个电路集成让清洁能源和燃烧器作业为锅炉提供更高效的热能的设备。

  简单说是采用通过调整燃料与空气配比的方式使燃烧产物中氮氧化物大幅度降低燃烧方法。

  煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这二者的统称为NOx，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。

  煤在燃烧过程中生成NOx的途径有三个：（1）热力型NOx，是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，是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，是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢原子团反应而形成的NOx，其所占比例很小。

  基于炉内脱氮的低NOx燃烧技术针对NOx的形成受温度、氧量的影响极大这一规律，通过改进燃烧方式避开使NOx大量生成的温度区间，以此来实现NOx的减排。低NOx煤粉燃烧系统模块设计的主要任务是减少挥发分氮转化成NOx的量。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也对其有显著影响。正因如此，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，降低NOx的排放量。

  锅炉设计中，影响NOx排放值的因素主要有三部分所组成。首先是炉膛轮廓选型，包括炉膛容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域热负荷、最上排燃烧器至屏下的距离、下排燃烧器距灰斗的距离等设计参数，合理的炉膛轮廓选型，是控制燃烧温度和为采取其它必要的低NOx燃烧技术提供所必须的时间和空间的条件，以保证在采取这些措施：一是不会过多地影响燃烧效率；二是整个炉膛的燃烧组织，包括一、二次风速和风率（对于切圆燃烧还有一、二次风正切(CFS－Ⅰ)和反切(CFS－Ⅱ)，假想切圆直径的大小），空气整体分级（CCOFA\SOFA），一次风的集中或分段布置等，其目的是实现空气分级并防止因空气分级而导致炉膛结渣和燃烧效率降低；三是燃烧器本身的结构，合理的结构有利于实现燃料分级、空气分级和提前着火。所有这一些因素主要根据煤质来决定，在锅炉设计中已经全部完成。

  无论是切向燃烧还是墙式燃烧的低NOx燃烧技术，都是首先从燃烧器本身的空气分级开始的，进而对全炉膛进行整体空气分级，以逐步降低NOx排放量，然后实行燃烧器本身的燃料分级。燃料分级送入可在燃烧器区的下游形成一个富集NH3、CmHn、HCN的低氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的NOx会部分地被还原为N2。此外，同时采取提前着火强化燃烧的措施：一是能提前进入还原区，逐步降低NOx的浓度；二是使整个燃烧过程延长，在NOx降低的同时，燃烧效率不致下降太多。例如，对于大范围的应用于电站锅炉的切向燃烧低NOx空气分级燃烧器，燃烧器本身空气分级的同轴燃烧系统CFS-I、CFS-II（concentric firing system-I，concentric firing system-Ⅱ）；整体炉膛空气分级直流燃烧器，如CCOFA（close coupled overfire air）紧凑燃尽风、SOFA（separated overfire air）分离燃尽风、VCCOFA（vaned close coupled overfire air）叶片式紧凑燃尽风，以及种类非常之多的改进变异型式，即LNCFSⅠ～Ⅲ（low NOx concentric firing systemⅠ～Ⅲ）、TFS2000R（tangential firing system 2000R）燃烧系统都是属于燃烧组织方面的措施。

  燃烧器本身燃料分级的低NOx燃烧系统，如三菱重工公司的PM (polution minimun)或A-PM（advanced-PM）先进的低污染燃烧器，加上整体空气分级AA风（addition air, 附加风）以后，就成了MACT（mitsubishi advanced combustion techlology）三菱先进的燃烧技术。近年来，为了逐步降低NOx，还发展了再燃技术，实际上也可视为是一种燃料整体分级低NOx燃烧技术。

  低氮燃烧技术是最广泛、最经济实用的燃烧改造措施。低氮燃烧技术的核心是通过调整燃料与空气在各燃烧阶段的配比，使产物中氮氧化物大幅度降低，实现清洁供能效果。传统煤能源在燃烧过程中产生的氮氧化物主要有两种：NO和NO2，统称NOx。NOx分为热力型、燃料型、快速型三种。因为快速型NOx占比极小，所以本次主要讨论热力型和燃料型这两种NOx。

  一般情况下，空气中的氮分子需要1300℃以上的高温和非常大的能量加持，才能断开分子键，生成氮原子。氮原子则需要与足够活性的氧原子结合才能生成热力型NOx。因此，想要控制NOx的排放，就需要控制燃烧的温度以及氧气浓度。

  燃料型NOx的生成主因则在于燃料成分，若燃料中存在氮化合物，经加热分解后与氧气结合，就会生成燃料型NOx。燃料型NOx在NOx总量中的占比高达75%左右，而只要锅炉燃烧温度达到700℃~800℃，就会有N自由基出现。800℃对锅炉来说并不算高温，轻易就能达到。因此，对燃料型NOx来说，控制含氧量是降低NOx排放的有效手段。

  由此可见，燃烧温度和空气系数是影响NOx最为关键的两点。低氮燃烧技术根据这一规律改善燃烧方式，降低NOx生成最大值区间内的氧浓度，进而降低NOx的生成量。原料方面可选择氮含量较低的燃料，包括燃料的反硝化和转化为低氮燃料；同时降低空气的过量系数，在多余空气较少的情况下降低峰值温度，减少“热反应NO”。

  低氮燃烧要求的不仅是锅炉本身，还有相关配套设备，比如燃烧器。燃烧器影响着燃烧反应的全过程，想要低氮，第一步就该从燃烧器开始。这里着重提一下低氮燃烧器烟气外循环（FGR）技术。

  烟气外循环(FGR)是一种很有效的减少燃烧器中氮氧化物排放的技术，对燃气燃烧器的影响尤其显著，已成为现今控制污染物排放的主流技术之一。

  如果燃烧器燃料没有充分燃烧，生产现场就会产生NOx和其他污染物。同时污染物产生的过程中受影响的条件极多，燃料、温度、炉膛热容量等都会影响NOx的排放。烟气外循环技术的的核心是通过将燃烧产生的烟气重新引入燃烧区域来控制燃烧温度，将助燃空气与烟气混合，送至燃烧头进行重新燃烧，由此减少污染物，达到节能减排的良好效果。

  欧保（中国）致力于标准燃烧器、非标准燃烧器、环保及高精智能燃烧器的研发与制造，产品满足了锅炉、导热油炉及沥青拌合楼、热风炉、干燥塔等多种用途，覆盖了电力、纺织、公路工程、供热、教育、石化、食品及医药等多个行业。更多低氮燃烧器解决方案，欢迎访问我们的官方网站获取更多信息。

  b、热力型NOx，即燃烧过程中，助燃空气中的氮气和氧气，在高温环境下，反应所产生的NOx；

  火焰温度为第一影响因素，实验证明，一般在1300℃以上开始产生热力型NOx，随着温度的上升，尤其在1500℃以上时，NOx的产生速率呈指数方式上升。

  烟气在高温区的停留时间，会较大程度的影响到NOx的产生量，垂直于扩散方向的高温层厚度是此项指标的关键影响因素；

  单位体积的NOx产生速率不变的情况下，反应面积越大，NOx生成总量越高；

  目标烟气温度越高时，可能受辐射热影响等因素，火焰温度也会更高，NOx排放会更高；

  ，本质上采用了对燃烧过程进行管控的技术，设计时，除了考虑实现功率输出及材料耐温等方面因素之外，针对低氮需求，会采用很多方法减弱各生成因素的影响，以此来实现较低的NOx排放值；

  如分级、分段、浓淡型配合等方式，使燃烧在局部空间及某一阶段内，空气、燃气配比偏离化学当量比，可有效控制局部火焰温度，由此减少热力型NOx的产生；

  提高混合效果，如预混燃烧，当空气与燃气混合效果越好时，可最大限度减薄高温区的火焰厚度，并降低烟气在较高温区的行程距离及停留时间，由此减少热力型NOx的产生；

  烟气再循环，在锅炉机上较为常用，利用燃烧烟气进行回流掺混，降低烟气中的氧含量，过量的N2及燃烧产物也会降低最高火焰温度，从而抑制NOx的产生；

  低氮燃烧器的排放优于普通型燃烧器，以汽车涂装烘干加热应用为例，低氮型燃烧器可实现的NOx排放值更低，从50mg、60mg至80mg不等，上述数据均为折算至3.5%O2下的要求；

  燃烧器上限功率为定值时，输出功率越高时，NOx排放值越低；输出功率越低时，NOx排放值会上升；

  过剩空气系数的提升，有利于提高混合效率，但可能会带来燃烧不充分并导致CO超标；

  低氮型燃烧器的调节比，一般为6:1-10:1，超出范围使用时，低氮效果将无法保证；

  相比而言，普通型燃烧器的调节比，只考虑功率因素，可实现更高的调节比，一般可达30:1-50:1；

  低氮型燃烧器，为实现更低的排放效果，正常的情况下能耗会大于普通型燃烧器；根本原因如下：

  b、整体而言，低氮燃烧器的空气过剩系数一般较高，过剩空气空气将在排烟环节带走一部分热量，耗气量会有小幅度上升（增幅受过剩空气量和排烟温度综合影响）；

  燃烧过程中，COx的来源仅有一种：燃料基COx，主要以CO2存在，并含有微量CO；产生量，取决于燃料中的碳元素的含量；

  含氢燃料燃烧产物中，水的占比较大，对干燥速率会有某些特定的程度影响；烟气露点温度高，降温后更容易产生凝结水，需注意排水；

  低氮氧化物燃烧技术是改进燃烧设备或控制燃烧条件，以降低燃烧尾气中NOx浓度的各项技术。影响燃烧过程中NOx生成的重要的因素是燃烧温度、烟气在高温区的停留 时间、烟气中各种组分的浓度以及混合程度，因此，改变空气—燃料比、燃烧空气的温度、燃烧区冷却的程度和燃烧器 的形状设计都能够大大减少燃烧过程中氮氧化物的生成。工业上多以减少过剩空气和采用分段燃烧、烟气循环和低温空气预热、特殊燃烧器等方法达到目的。