低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展
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低氮燃烧技术和燃烧烟气再循环工作原理一、低氮燃烧技术低氮燃烧技术是一种通过优化燃烧过程来减少氮氧化物排放的方法。
它主要包括三个方面的措施:燃烧器结构优化、燃烧过程控制和燃料改造。
燃烧器结构优化是通过改变燃烧器的设计和布局来提高燃烧效率和降低氮氧化物排放。
例如,采用分级燃烧技术可以使燃烧过程更加充分,减少未燃烧物质的产生。
此外,还可以采用内循环燃烧技术,将一部分烟气重新引入燃烧器中进行再燃烧,以提高燃烧效率和降低氮氧化物的生成。
燃烧过程控制是通过调节燃料和空气的配比、燃烧温度等参数来控制氮氧化物的生成。
例如,通过提高燃烧温度可以促进氮氧化物的还原,从而减少氮氧化物的排放。
此外,还可以采用燃烧过程分层控制技术,将燃烧过程分为预混燃烧和主燃烧两个阶段,以降低氮氧化物的生成。
燃料改造是通过改变燃料的组成和性质来减少氮氧化物的生成。
例如,采用低氮燃料可以降低氮氧化物的排放。
此外,还可以采用燃料添加剂,如氨水、尿素等,在燃烧过程中与氮氧化物发生反应,形成氮和水等无害物质。
二、燃烧烟气再循环工作原理燃烧烟气再循环是一种通过将一部分燃烧产生的烟气重新引入燃烧器中进行再燃烧的技术。
它主要包括两个步骤:烟气收集和再循环。
烟气收集是将燃烧产生的烟气通过烟囱或其他烟气排放装置收集起来。
在收集过程中,需要对烟气进行净化处理,以去除其中的颗粒物、氮氧化物等污染物,以免对环境造成污染。
再循环是将收集到的烟气重新引入燃烧器中进行再燃烧。
通过再燃烧,可以使燃烧过程更加充分,提高燃烧效率。
此外,再燃烧还可以降低燃烧过程中的氮氧化物生成,从而减少氮氧化物的排放。
燃烧烟气再循环的工作原理是利用再循环系统将部分烟气从烟囱中抽取回燃烧器,与新鲜空气和燃料进行混合燃烧。
再循环系统一般包括烟气收集装置、再循环风机、再循环管道和再循环口等组成部分。
通过控制再循环烟气的比例和再循环位置,可以实现对燃烧过程的调节,提高燃烧效率和降低氮氧化物排放。
总结起来,低氮燃烧技术和燃烧烟气再循环技术是两种常用的减少氮氧化物排放和提高燃烧效率的方法。
天然气供热锅炉低氮燃烧技术分析摘要:天然气供热锅炉在工业生产和日常生活中都具有较为广泛的应用,但是在锅炉运行燃烧过程中,会出现不同程度的氮氧化物排放,进而对自然环境和人身安全产生影响。
本文在简要概述天然气燃烧氮氧化物生成机理基础上,分析供热锅炉低氮燃烧技术类型,并对燃烧器设计要点进行说明,以此更好的实现降低氮氧化物排放目的。
关键词:天然气;供热锅炉;低氮燃烧当前天然气能源利用水平不断提升背景下,环保部门对天然气供热锅炉氮氧化物排放的控制标准要求也不断提升。
采用合理的燃烧技术类型,对低氮燃烧器进行优化设计,是确保低氮排放目标实现的重要基础。
1、天然气燃烧碳氧化物生成机理当前天然气供热锅炉运行体系中,热力型燃烧所形成的氮氧化物占到总量的95%以上,因此做好这方面的低氮燃烧技术研究分析,降低氮氧化物排放,是研究工作应当关注的重点层面。
热力型氮氧化物产生是空气中的N2在燃烧过程中,基于高温作用下的氧化反应产生,氮氧化物的生成速度,主要是受燃烧温度影响,在相关研究中显示,温度在1800k时,生成速度会显现增加。
同时,过量空气系数对生产速度也会产生明显影响。
此外,在供热锅炉燃烧中,也会出现快速型氮氧化物,其生产机理主要是空气中的N2在低温状态的火焰初始区,与CH2和CH发生反应生产不同类型化合物,并进一步氧化而生成氮氧化物。
快速型氮氧化物生成除受过量空气系数和燃烧速度因素影响外,还会受初始区火焰加热速度影响。
2、天然气供热锅炉低氮燃烧技术类型2.1 分级燃烧技术分级燃烧是基于对天然气和空气比例的不同调节控制,先将富燃料燃烧形成还原性环境,抑制热力性氮氧化物的产生,再为贫燃料燃烧提供足够的氧气,从而实现燃料的充分氧化。
基于分级形式的不同,可以分为空气分级燃烧和燃料分级燃烧两种形式。
空气分级燃烧是在完成富燃烧之后,加入过量空气,达到完全燃烧目的,具有操作便利的的特征,但是燃烧温度相对较低,不适用于供热燃气锅炉系统。
低氮燃烧技术原理
低氮燃烧技术,是指在燃烧过程中将NOx的产生控制在一定范围内的一种技术。
对于燃煤锅炉,低氮燃烧主要是指减少燃料中的氮化合物的生成量。
燃烧过程中,生成的NOx有两种形态:一种是NOX,一种是氮氧化物。
当燃烧器中的空气过剩系数与燃料种类、负荷、煤种等因素相匹配时,NOX就会很低;当燃烧过程中存在高温区时,温度较高时,燃料中氮化合物被氧化成氮氧化氮,这样NOX就会急剧升高;当燃烧过程中存在还原性气氛时,燃料中的氮氧化合物被还原成氮气;当燃烧器结构设计不合理,空气过剩系数过大或燃料种类与负荷不匹配时,燃烧器中的氧气过量系数过小,这时燃烧反应生成的氮氧会以NOX形式向空气中逃逸。
为减少NOX排放,国内外均采用降低燃料氮化合物生成量的方法来控制锅炉的NOx排放。
主要措施是优化燃烧过程、改进空气系统及改善燃烧条件等。
1.合理选择燃料及负荷
合理选择燃料是控制锅炉NOx生成量的有效途径。
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低氮燃烧技术
低氮燃烧技术是一种新型的减排技术,是指在燃烧过程中降低NOx污染物的技术。
它通过控制燃烧温度、压力和燃料组成,减少NOx的产生,降低大气污染物的排放,以达到减少空气污染的目的。
低氮燃烧技术可以通过以下方式实现:
一是采用低温燃烧技术,增加燃烧室的容积,减少燃烧温度,减少NOx的产生。
二是由燃料燃烧改变燃烧法,减少燃烧温度,延缓燃料气化过程,减少NOx的产生。
三是采用添加剂技术,如硼酸、硫酸和替代氧化物等,来控制燃烧过程,降低NOx的产生。
四是采用燃烧技术,在燃烧过程中应用高温三元催化剂,进行NOx的还原转化,将NOx转化为无害的二氧化氮。
图片简介:本技术涉及一种低氮燃烧方法及低氮燃烧设备,用于提高脱硝效率。
其中,低氮燃烧方法包括:将温度在600℃~1250℃之间,含氧量不大于10%的高温低氧气体与含氮还原剂混合喷入炉膛内。
本技术通过高温低氧气体携带含氮还原剂进入炉膛,高温低氧气体的温度控制在600℃~1250℃之间,含氧量不大于10%,能够为还原剂和氮氧化物的反应提供合适的温度范围,且能够通过气流扰动强化含氮还原剂与烟气的混合程度,提高含氮还原剂的脱硝效率,降低氮氧化物的排放。
技术要求1.一种低氮燃烧方法,其特征在于,将温度在600℃~1250℃之间,含氧量不大于10%的高温低氧气体与含氮还原剂混合喷入炉膛(1)内。
2.如权利要求1所述的低氮燃烧方法,其特征在于,将高温低氧气体通过第一管道(21)喷入炉膛(1)内,将含氮还原剂喷入第一管道(21)内,以使高温低氧气体裹携含氮还原剂进入炉膛(1)内。
3.如权利要求1所述的低氮燃烧方法,其特征在于,炉膛(1)包括主燃区(11),将高温低氧气体和含氮还原剂混合喷入主燃区(11)的下游。
4.如权利要求1所述的低氮燃烧方法,其特征在于,炉膛(1)还包括位于主燃区(11)下游的再燃区和/或燃尽区,将高温低氧气体和含氮还原剂混合喷入再燃区和/或燃尽区。
5.如权利要求1所述的低氮燃烧方法,其特征在于,高温低氧气体包括燃气、烟气,或者,煤或生物质的气化产物。
6.如权利要求1所述的低氮燃烧方法,其特征在于,含氮还原剂包括氨、氨水、尿素、氰尿酸或铵盐,含氮还原剂的形态包括液态、气态或固态颗粒。
7.一种低氮燃烧设备,其特征在于,用于实现如权利要求1至6任一项所述的低氮燃烧方法,其中,所述低氮燃烧设备包括:炉膛(1);第一供给装置(2),被配置为通过第一管道(21)向所述炉膛(1)提供温度在600℃~1250℃之间,含氧量不大于10%的高温低氧气体;以及第二供给装置(3),被配置为通过第二管道(31)向所述炉膛(1)提供含氮还原剂。
低氮燃烧器改造施工方案一、引言随着环保意识的日益增强,低氮燃烧技术逐渐成为工业领域节能减排的热门话题。
为了降低燃烧过程中产生的氮氧化物排放量,采用低氮燃烧器进行改造已成为解决方案之一。
本文将介绍低氮燃烧器的改造施工方案及重要注意事项。
二、改造前的准备工作在进行低氮燃烧器的改造前,需要对现有燃烧系统进行全面的评估和检测,确保其工作状态良好。
同时,还需要进行施工前的准备工作:1.方案设计:根据燃烧系统的具体情况,制定适合的低氮燃烧器改造方案。
2.材料准备:准备所需的改造材料和工具,确保施工顺利进行。
3.安全措施:制定施工安全措施和应急预案,确保施工过程中安全可靠。
三、改造施工步骤进行低氮燃烧器改造的施工步骤如下:1.拆除旧燃烧器:首先,要将原有的燃烧器进行拆除,并清理燃烧器安装位置。
2.安装新燃烧器:将低氮燃烧器按照设计要求进行安装,并确保连接处牢固。
3.调试试运行:完成安装后,进行试运行和调试,检查燃烧器运行状态和燃烧效果。
四、质量控制和验收在施工完成后,需要进行质量控制和验收工作,包括:1.性能测试:对改造后的低氮燃烧器进行性能测试,验证其低氮排放效果。
2.安全检查:对施工现场进行安全检查,确保改造后的系统安全可靠。
3.验收文件:编制改造施工的验收文件,做好档案管理,以备日后查阅。
五、总结与展望通过对低氮燃烧器改造施工方案的介绍,我们了解了在工业领域应用低氮燃烧技术的重要性,以及改造施工的具体步骤和注意事项。
未来,随着环保要求的提高,低氮燃烧技术将会得到更广泛的应用,为生态环境保护作出更大的贡献。
以上是低氮燃烧器改造施工方案的相关内容,希望能对您有所帮助。
谢谢阅读!。
低氮燃烧器工作原理
低氮燃烧器是一种能够有效降低燃烧过程中氮氧化物排放的设备,其工作原理主要包括燃烧空气预热、燃料预混、燃烧控制等方面。
下面将从这几个方面详细介绍低氮燃烧器的工作原理。
首先,低氮燃烧器通过燃烧空气预热来降低燃烧温度,减少燃烧过程中生成的氮氧化物。
燃烧器内部通常设置有空气预热器,将燃烧所需的空气通过预热器预先加热,提高进入燃烧室的空气温度,从而降低燃烧温度,减少氮氧化物的生成。
其次,低氮燃烧器采用燃料预混技术,将燃料与空气充分混合后再进行燃烧,以实现燃烧过程的均匀性和稳定性。
通过预混燃烧,可以有效控制燃烧过程中的温度分布,减少局部高温区域的产生,从而减少氮氧化物的生成。
另外,低氮燃烧器还通过燃烧控制来实现燃烧过程的优化,减少氮氧化物的排放。
燃烧控制包括燃烧器的结构设计、燃烧参数的调节等方面。
通过优化燃烧器的结构设计,可以提高燃烧效率,减少未完全燃烧产生的氮氧化物。
同时,通过调节燃烧参数,如燃料与空气的比例、燃烧温度等,可以实现燃烧过程的精确控制,最大限度地减少氮氧化物的排放。
总的来说,低氮燃烧器通过燃烧空气预热、燃料预混和燃烧控制等方式,有效降低燃烧过程中氮氧化物的排放。
这些工作原理的应用使得低氮燃烧器在工业生产中得到了广泛的应用,为保护环境、改善空气质量做出了重要贡献。
国际领先低氮燃烧器原理
国际领先的低氮燃烧器主要基于以下原理:
1. 空气预热原理:低氮燃烧器利用预热空气的方式降低燃烧过程中的燃烧温度,从而减少氮氧化物(NOx)的生成。
通过将燃料喷射到预热的空气中,可以使燃烧温度降低,从而减少NOx的生成。
2. 燃料和空气预混合原理:低氮燃烧器采用燃料和空气的预混合方式进行燃烧,使燃料和空气更加均匀地混合,从而实现更完全的燃烧和更低的燃烧温度。
这种预混合的方式可以减少燃烧过程中的局部过热区域,从而减少NOx的生成。
3. 燃烧室设计原理:低氮燃烧器在燃烧室设计上采用一定的结构和形状,以实现燃料和空气更好地混合和燃烧的效果。
通过合理设计燃烧室的几何形状、燃料喷射位置和喷射角度等参数,可以使燃料和空气在燃烧室内充分混合,并且尽可能地延长燃烧的时间,从而减少NOx的生成。
综上所述,国际领先的低氮燃烧器主要依靠预热空气、燃料和空气的预混合以及燃烧室设计等原理来实现降低燃烧温度和减少NOx的生成。
燃气、燃油锅炉低氮治理技术燃气锅炉由于天然气的理化特性导致其主要的污染物为氮氧化物。
目前主要通过改进燃烧技术来降低燃烧过程中NOx的生成与排放,其主要途径有:降低燃料周围的氧浓度,减小炉内过剩空气系数,降低炉内空气总量,或减小一次风量及挥发分燃尽前燃料与二次风的混和,降低着火区段的氧浓度;在氧浓度较低的条件下,维持足够的停留时间,抑制燃料中的氮生成NOx,同时还原分解已生成的NOx;在空气过剩的条件下,降低燃烧温度,减少热力型NOx的生成。
低氮燃烧技术一般可使NOx的排放量降低30%~60%。
01丨低氮燃烧器技术NOx生成机理简要总结如下:1.热力型NOx(ThermalNOx),在高温烟气(大于1400℃后)显著增加,N元素来源于空气中的N2;2.快速型NOx(Promp),N元素来源于助燃气体中的N2,生成量主要受氧气浓度和燃料与氧气化学当量比影响;3.燃料型NOx(FuelNOx),N元素来源于燃料中的氮成分,其生成主要受燃料中的氮成分和助燃气体中的氧气浓度影响。
下图综合展示了NOx的来源于决定因素,低氮燃气燃烧器的技术原理则围绕着以下的核心理念不断地发展和演变。
△三种类型NOx的生成源及主要影响因素如上图所示,NOx的生成主要由烟气温度和氧气浓度决定。
因此,当前工业中的燃气低氮燃烧技术的一个重要控制方式就是降低气体燃料燃烧过程中的烟气温度。
降低烟气温度的核心指导原则:(1)在时间将热量释放的峰值降低,降低化学反应速率、延长反应时间;(2)在空间上将热量分散在更广阔的空间。
针对以上指导原则,在燃气燃烧器的设计及布置方案中有若干具体的实施措施:(1)燃料分级:有烟气内循环、燃气和空气高速差配合等类型;(2)空气分级:有燃烧器喷嘴的空气分级和炉膛空间上的空气分级;(3)烟气再循环:有传统烟气再循环和O2/CO2烟气再循环。
燃料分级,即燃料分成若干股注入较大的燃烧空间中进行燃烧,释放的热量被较大空间内的烟气吸收,从而使烟气的温度得到降低,该技术也称为“火焰分割”。
天然气锅炉的低氮燃烧技术摘要:当前我国煤炭燃烧用量虽然呈下降趋势,但是在我国能源生产结构中,煤炭燃烧仍占主体地位,在燃烧过程中释放的大量污染性气体氧化氮给环境造成了极为严重的影响,当前我国对氧化氮的排放量也有了一定的相关规定,我国正尽量控制氧化氮的排放在燃烧过程中采取低氮燃烧技术,对氧化氮的生成和排放有明显的控制作用。
氧化物是天然气在燃烧过程中产生的,不仅会对自然环境造成破坏,还会在光照条件下发生化学反应,产生的化学气体直接损害人们身体各部位器官,严重时会引发癌变。
随着我国对NOx排放物的限制,对燃气锅炉进行改造,开发燃气锅炉低氮氧化燃烧技术成为了当前的研究热点。
关键词:燃煤锅炉;低碳燃烧;技术分析单纯的针对锅炉燃烧来说,氮氧化物的产生主要可分为五种方式,热力型NOx、快速型NOx、燃料型NOx、N2O 中间型NOx、NNH 型NOx。
因燃气锅炉的燃料成分比较单一,所以氮氧化物的生成主要是热力型和快速型。
根据能源大数据报告显示,在我国能源消费结构中,在燃烧过程中,采取低氮燃烧技术,可以有效减少NOx的生成与排放。
当前我国的能源消费结构主要以煤炭为主,当然在煤炭燃烧过程中会产生一定量的污染物。
这种污染物对大气质量和人们的正常生活带来了极为恶劣的影响,其中煤炭燃烧过程中产生的氮对环境的影响尤为明显,因此本篇就在燃烧过程中如何控制氧化氮的形成,即低碳燃烧技术相关内容展开论述。
1 当前我国对氧化氮治理的现状氧化氮的危害以及煤炭燃烧过程中产生氧化氮的机理,和如何降低氧化氮的排放,已经有了深入的研究,主要可以分为热力型,燃料型和快速型,在这三种燃烧技术当中,其中燃料型的占比最高,它主要是通过抑制燃烧中氧化氮的形成和还原已形成的氧化氮的形式实现低氮燃烧,它在控制氧化氮技术上,发挥着明显的优势,但是该项技术在对燃料进行处理的时候较为繁琐复杂,涉及到的工艺难度大,成本高,因此该项技术仍处于研究阶段。
就我国当前的低碳技术研究来说,仍有很大的进步空间。
低氮燃烧器原理
低氮燃烧器是一种能够有效降低燃烧产生的氮氧化物排放的设备,其原理主要
包括燃烧过程控制、燃烧空气预热和燃烧器结构优化等方面。
首先,低氮燃烧器通过控制燃烧过程来降低氮氧化物的排放。
在传统燃烧过程中,燃料与空气混合后在燃烧室中燃烧,产生大量的氮氧化物。
而低氮燃烧器采用先进的燃烧控制技术,可以有效控制燃烧过程中的温度、压力和氧气浓度,从而降低氮氧化物的生成。
其次,低氮燃烧器通过预热燃烧空气来降低燃烧温度,减少氮氧化物的生成。
燃烧过程中,空气中的氮气会与氧气在高温下发生化学反应,生成氮氧化物。
而通过预热燃烧空气,可以降低空气的温度,减少氮氧化物的生成。
另外,低氮燃烧器还通过优化燃烧器结构来提高燃烧效率,减少氮氧化物的排放。
燃烧器的结构设计会影响燃料与空气的混合程度和燃烧稳定性,进而影响氮氧化物的生成。
通过优化燃烧器的结构,可以提高燃烧效率,减少氮氧化物的排放。
总的来说,低氮燃烧器通过控制燃烧过程、预热燃烧空气和优化燃烧器结构等
方式来降低氮氧化物的排放。
这不仅符合环保要求,也能提高燃烧效率,降低能耗,对于工业生产和环保治理具有重要意义。
低氮燃烧器工作原理
1. 预混燃烧:低氮燃烧器通常采用预混燃烧技术,将燃料和空气在燃烧器内预先混合,形成可燃气体。
与传统的分层燃烧相比,预混燃烧可以更好地控制燃料和空气的混合程度,有效降低燃烧温度和氧化剂的浓度,从而减少NOx的生成。
2. 燃烧过程控制:低氮燃烧器通过控制燃烧进程中的参数来减少NOx排放。
例如,通过调整燃烧器的空气增氧率、燃料喷射方式和燃烧室内的湍流强度等,可以控制燃料和空气的混合程度,从而影响NOx的生成。
3. 脱氮技术:低氮燃烧器通常结合脱氮技术一起使用,进一步降低NOx排放。
常见的脱氮技术包括选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)和燃烧后处理等。
这些技术可以在燃烧后通过添加还原剂或催化剂来减少NOx的生成和转化。
总体来说,低氮燃烧器通过优化燃烧过程和结合脱氮技术,减少燃烧过程中产生的NOx排放,从而达到环保减排的目的。
低氮燃烧器原理
低氮燃烧器是一种用于减少燃烧过程中氮氧化物(NOx)生成的装置。
它的工作原理基于以下几个方面:
1. 预混合燃烧:低氮燃烧器采用的是预混合燃烧技术,即在燃烧前将燃料和空气混合均匀。
通过提前混合燃料和空气,可以使燃料完全燃烧,减少未燃烧的燃料残留,从而降低NOx的
生成。
2. 燃烧温度控制:低氮燃烧器通过控制燃烧过程中的温度来减少NOx的生成。
燃烧温度过高会导致氮气和氧气反应生成NOx,因此低氮燃烧器通过调整燃烧室内的温度,使其在一个较低的范围内保持稳定,从而降低NOx的生成。
3. 氧化还原反应控制:低氮燃烧器通过控制燃烧过程中的氧化还原反应来减少NOx的生成。
氮和氧气在高温下发生反应生
成NOx,而在适当的氧化还原条件下,NOx可以被还原成氮气。
低氮燃烧器通过优化燃烧条件,使氮氧化物发生还原反应,从而减少NOx的生成。
4. 排放控制技术:低氮燃烧器还采用一系列排放控制技术来进一步减少NOx的排放。
这些技术包括增加燃烧室内的空气供应,使用催化剂来催化NOx的还原等。
综上所述,低氮燃烧器通过预混合燃烧、燃烧温度控制、氧化还原反应控制以及排放控制技术等手段,有效地减少燃烧过程中NOx的生成,降低对环境的影响。
16 随着国家对生态环境越来越重视,对炼化企业污染物排放的管控力度也不断加大。
其中,加热炉排放烟气中氮氧化物(NO x)含量就是一项重要的监管指标。
NO x是大气的主要污染物之一,它不但能破坏臭氧层而且也是形成光化学烟雾的主要组分。
2015年4月16日,中华人民共和国环境保护部发布了GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》,规定“新建企业工艺加热炉自 2015年7月1日起执行该标准,特别限值地区执行 100mg/m3 的排放限值”[1]。
炼化企业早期投产加热炉的烟气排放很难达到这一指标要求,因此,通过一定的技术手段来实现减排十分有必要。
1 汽油加氢装置加热炉介绍大连石化公司225万t/年汽油加氢装置,2013年建成投产,共设置有2台加热炉,分别为分馏塔加热炉(位号H-9101)和加氢脱硫(HDS)反应加热炉(位号H-9102)。
分馏塔加热炉位于分馏塔底循环管线上,用于给分馏塔底提供热源。
HDS反应加热炉位于HDS第一反应器出口,物料经加热炉加热后至稳定塔底换热,再进入HDS第二反应器中反应。
2台加热炉均属于方箱式立管炉,分别设有辐射室和对流室。
加热炉下方设有燃烧器,分别通入瓦斯和空气进行燃烧,产生的热量用于加热四周炉管中的物料。
分馏塔加热炉(H-9101)内设16个燃烧器,中间用一个隔断隔开,两个腔室内各有8个燃烧器。
HDS反应加热炉(H-9102)内设有12个燃烧器,分3排排列,每排有4个燃烧器,每2排燃烧器中间设有炉管。
2台加热炉共用1套水热媒空气预热系统。
设置有1台鼓风机和1台引风机用于强制通风。
2台加热炉燃烧所产生的烟气被引风机产生的抽力抽出,经空气预热器回收余热,流经烟道,最后统一通过分馏塔加热炉顶的烟囱进行排放。
空气由引风机抽进风道中,与热媒水及烟气进行2次换热后送入燃烧器中与燃料气混合燃烧。
2台加热炉改造前排放烟气中氮氧化物NO x浓度在130 mg/m3左右,与国家要求的指标还存在一定的差距。
低氮燃烧器工作原理
低氮燃烧器是一种用于控制燃烧过程中氮氧化物(NOx)排放的设备。
它的工作原理是通过优化燃烧过程中的空气-燃料比,降低燃烧温度和延长燃烧时间,从而减少NOx的生成。
具体来说,低氮燃烧器在燃烧室中以适当的方式混合燃料和空气。
通过调整燃烧器的形状和尺寸,可以实现预先确定的燃烧空气-燃料比。
这种调整使得燃烧过程中的氧气量达到最佳水平,从而在燃烧反应中产生尽可能少的NOx。
此外,低氮燃烧器还引入一些附加技术来降低氮氧化物的排放。
例如,通过内部或外部喷嘴引入燃烧辅助剂,如脱氮剂或催化剂,以进一步降低NOx的生成。
同时,燃烧器的设计也可以
采用多级燃烧和内部回流等技术,以提高氮氧化物的捕集效率。
总的来说,低氮燃烧器通过优化空气-燃料比和引入附加技术,有效地控制和减少燃烧过程中产生的氮氧化物排放。
这样可以满足环境保护要求,减少对大气的污染。
一、氮氧化物来源
烟囱排放的氮氧化物由约95~97%的NO和3~5%的NO2所组成。
由于空气本身氮的重量占四分之三以上,所以空气辅助燃烧是形成NOx的最基本因素。
燃气锅炉NOx有三种不同的生成机理,其中热力型NOx由燃烧空气中的N2在高温下氧化而成,是目前大气污染中氮氧化物的主要来源。
二、我国氮氧化物排放标准
遵循最严格的北京地区新标。
2017年4月1日起,北京《DB11 139-2015锅炉大气污染物排放标准》开始执行国内极严的排放标准,在用锅炉:≤80 mg/m³新建锅炉:≤30 mg/m³
三、低氮燃烧技术
低氮锅炉是在普通锅炉的基础上升级而成,与传统锅炉相比,低氮锅炉主要采用各种燃烧优化控制技术,降低燃烧温度,从而降低NOx排放,轻松实现NOx 排放小于80mg/m3,甚至有些低氮锅炉NOx排放可低至30mg/m3。
北京医药研究所4吨低氮燃气蒸汽锅炉运行现场
1、大炉膛设计,通过设计科学合理的炉膛尺寸,充分燃烧,降低中心火焰温度,减少氮氧化物的排放。
2、低氮燃烧器+FGR烟气再循环技术,将锅炉尾部的烟气,经烟气管道吸入到燃烧机进风口,混入助燃空气后进入炉膛再循环。
从而降低燃烧区域的温度,同时降低燃烧区域氧的浓度,最终降低热力型NOx的生成量,达到锅炉尾部烟气中的氮氧化物排放低于30mg/m3。
陕西食品厂10吨低氮燃气蒸汽锅炉
研发团队不断探索与实践,将超低氮燃烧技术与WNS型锅炉制造技术相结合,大炉膛设计加FGR烟气再循环技术,NOX排放可达到26mg/m³,满足并高于国家环保要求。
低氮燃烧技术的发展历程摘要:到70 年代末和80 年代,低NOx 燃烧技术的研究和开发达到高潮,开发出了低NOx 燃烧器等实用技术。
进入90 年代,有关电站锅炉供货商又对其开发的低NOx 燃烧器做了大量的改进和优化工作,使其日臻完善。
为了控制燃烧装置排放的氮氧化物对生态环境的危害,国外从50 年代起就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究。
到70 年代末和80 年代,低NOx 燃烧技术的研究和开发达到高潮,开发出了低NOx 燃烧器等实用技术。
进入90 年代,有关电站锅炉供货商又对其开发的低NOx 燃烧器做了大量的改进和优化工作,使其日臻完善。
纵观低NOx 燃烧技术的发展过程,可大致划分为三代。
第一代低NOx 燃烧技术这一代措施不要求对燃烧系统做大的改动,只是对燃烧装置的运行方式或部分运行方式做调整或改进。
因此简单易行,可方便地用于现役装置,但NOx的降低幅度十分有限。
第二代低NOx 燃烧技术这一代措施的特征是助燃空气分级送入燃烧装置,从而降低初始燃烧区(也称一次区) 的氧浓度,相应地也降低火焰的峰值温度。
属于这一代措施的有现阶段广泛应用于电站锅炉的各种低NOx 空气分级燃烧器。
如ABB - CE 公司的整体炉膛空气分级直流燃烧器、同轴燃烧系统(CFS Ⅰ、CFS Ⅱ) 、低NOx 同轴燃烧系统(LNCFS) 及其种类繁多的变异型式、TFS2000 燃烧系统;B&W 公司的双调风旋流燃烧器(DRB、DRB -XCL) ;Steinmuller 公司、德国Babock 公司的各种旋流燃烧器等等。
第三代低NOx 燃烧技术这一代措施的主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛,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 。
属于这一代措施是空气/ 燃料分级低NOx 旋流燃烧器和用于切圆燃烧方式的三级燃烧。
低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展
摘要:在高温燃烧过程中,氮氧化物的排放污染一直是业界关注的焦点。
这部
分气体不仅稳定性较差,而且大多能够在湿热环境中转变为NO与NO₂,从而给
人们的生命财产带来威胁。
随着技术的成熟,低氮燃烧技术开始以其环保效益高、清洁无污染受到了一致好评。
在本文中,笔者分析了高温燃烧中氮氧化物的生成
原理以及影响因素,并在此基础上探讨了如何控制氮氧化物的排放,以供参考。
关键词:低氮燃烧;燃烧器设计;技术进展
引言
近些年我国的化工行业得到了长足的发展,高温燃烧在各生产领域均有着突
出的贡献。
尤其是天然气等能源的普及推广,虽然很大程度上改善以往的三废排
放问题,但氮污染的问题仍未有效缓解。
究其原因,主要是以往的燃烧技术存在
一刀切的问题,没有针对不同介质来调整燃烧方案。
由此可见,在低氮燃烧技术
中分层燃烧的个性化方案是重要突破口,同时兼顾燃尽的火焰长度,才能真正实
现减小高温燃烧的氮污染。
一、氮氧化物的控制原理
(一)气体燃料的特点
气体的高温燃烧基本不会发生相态变化,因此其主要包括混合、升温以及燃
烧3个阶段。
从燃烧温度来看,气体燃烧的过程温度普遍较高。
业界常见的氢气
与液化气燃烧的问题均不低于2000℃,而目前对环境最友好的天然气在燃烧的过
程中温度也高达1700℃。
除此之外,气体燃烧的反映速率也较其他模式快,往往
就存在回火的现象。
一旦气体的排放速度小于反应速率,那么火焰就会影响到火
孔内的环境,严重的可能会造成气源爆炸。
(二)氮氧化物的影响因素
关于气体燃烧的氮氧化物研究已有十数年的努力,根据学术成果表明氮氧化
物可按照生产方式的不同归类为热力型、快速型两个大类。
其中热力型所产生的
氮氧化物含量更多,但快速型氮氧化物的生产也不容忽视。
而在以往的燃烧器设
计中,技术人员往往顾此失彼导致技术应用达不到预期的效果。
热力型顾名思义
就是在火焰区域生产的氮氧化物,因此很容易受到温度的影响。
从业界实践的经
验来看,当火焰温度超过1800℃时氮氧化物的生成量会出现井喷式的增长。
可见,在气体燃烧中氮氧化物的排放量并非是单调递增的趋势,而会受到燃烧工况的左右。
而快速型是指在部分预混情况下所表现出较快的反应速率,抑或是在扩散燃
烧中与侧面空气燃烧所生产。
在这种燃烧条件下,空气与燃气的比例对氮氧化物
的生成量有着显著的影响,因此也将是燃烧器设计的关注要点。
二、燃烧器对氮氧化物的影响
(一)预热温度
考虑到工业生产的实际需求,燃烧器的设计必须提高燃烧反应的速率。
因此
大部分产品在运行前都需要对空气预热,从而给升温着火做好准备工作。
但是这
种设计方案使问题进一步升高,从而导致氮氧化物的生成量直线上升。
不仅如此,传统燃烧器扩散现象严重,使得空气剩余系数超出额定值。
在这种反应条件下,
会令大量的热能被浪费,经济性能差强人意。
因此,要想在满足使用需求的前提
下改善氮氧化物排放,就应该积极应用完全预混技术。
预先将空气与燃料按照合
理的比例混合,其燃烧过程更加充分产生的化合物相对也会较少。
而且热力型与
快速型氮氧化物的排放均与温度呈正相关的趋势,降低预热问题也是设计中需要
主要的问题。
(二)混合比例
从目前业界的产品来看,大多数燃烧器的空气与燃料都需要从不同的入口来
混合。
但是不同介质之间的混合速率各不一样,给燃烧过程中氮氧化物排放带来
了不小的挑战。
而近几年预混技术日益成熟,逐渐成为燃烧器设计的主流,其在
控制氮污染方面的成效也的确立竿见影。
经过测试得出,当预混度超过五成时,
燃烧所排放的氮氧化物热力型与快速型均较为活跃,而当预混度低于三成时则主
要为快速型。
因此,在燃烧器设计中还需要控制空气与燃料的预混度,使快速型
与热力型能够相互制约。
而在非预混的燃烧器中,则需要考虑空气与燃料的喷射
速度。
通常而言,用燃气喷射速度与空气速度比值来直观的反应,当结果较大时
燃烧器内的温度更加均衡稳定,氮氧化物的排放量也将变低。
(三)烟气再循环
烟气循环系统也是燃烧器低氮技术应用的关键要素,对控制气体排放的控制
作用也非常突出。
比如当空气进入循环系统后,氧气的含量能够得到一定程度的
降低。
如此一来,燃烧器内的工况温度就会下降,氮氧化物的排放量自然就随之
减少。
因此,在设计中可以通过风机来引入低温度的烟气,来控制氮氧化物的生
成速度。
根据实践数据得出,若燃烧器保持两成左右的烟气循环,则氮氧化物的
排放量将减少超过25%。
而且这一数值会受到燃烧问题的影响,温度越高则循环系统产生的降温效果越显著,氮氧化物的排放变化情况也更直观。
三、低氮燃烧的实施办法
(一)分级燃烧技术
前文也曾提到过,传统燃烧器在设计中一刀切的现象较为严重,燃气通常从
单一的喷嘴喷射。
这种做法难以满足多种燃料和空气的混合需求,因此zaibb效
率上更低污染更重。
笔者建议,在低氮燃烧器设计中应该采用多喷嘴的方式,来
实现燃气的分级。
比如设计人员可以将喷枪按照圆形来设置,根据远近的不同来
控制方向和速度。
这种设计方法有效针对了空气与燃料混合不合理的问题,使燃
烧更加充分反应也更加充分稳定。
而且传统燃烧器在反应过程中会呈现出区域的
问题差距,部分集中燃烧的区域温度极高氮氧化物的排放量也是其它区域的6-7倍。
采用分级的喷嘴设计能够避免这种现象,使各部分的反应强度区域一直。
同理,空气喷嘴也可以按照这种方式进行分级,以此来产生特定的燃烧区。
不同的
分区对燃烧条件的控制可以更方便调节,有利于氮氧化物排放的控制。
(二)烟气回流控制
目前业界在烟气循环系统的设计中主要分为两种,内烟循环与外烟循环。
而
从燃烧器的运行原理分析可知,燃气喷射的重点区域在外围,因此烟气循环系统
的设计应该有所侧重。
笔者建议,在燃烧器设计中可以增添一个外围的套筒,用
以烟气的回流控制。
一方面要确保烟气循环系统的运行效率,主要针对外围集中
燃烧区的控制;另一方面烟气循环的量也是左右燃烧温度的重要因素,也需要设
计人员严格计算。
(三)计算流体力学的应用
实践是检验真理的唯一标准,要想不断优化低氮燃烧技术就必须依赖于严谨
的数据计算。
由于燃烧器在设计和制造的过程中代价高昂,因此在落实之前就应
该首先进行仿真模拟。
近几年,计算流体力学逐渐被应用到产品的设计与制造中,也是燃烧器设计优化的有效手段之一。
比如有研究者通过计算得出,煤粉炉生成
的氮氧化物有超过七成属于燃料型,而在燃气锅炉中这一数据则相当低,相反热
力型产出达到了九成。
设计人员就可以借助计算流体力学的专业软件,对燃烧器
周围的工况环境进行全面的采集,从而更好的分析出氮氧化物产出的影响因素。
这样不仅能够反映出当前设计方案存在的不足之处,也能给新方案的优化提供启
发和借鉴。
结语
综上所述,随着我国化工业的不断发展,燃气燃烧技术的应用也越来越广泛。
但目前所使用的燃烧器氮氧化物生成量高,不符合当前社会发展的理念,也对人
体有着较大的伤害。
通过对反应原理的分析,笔者得出空气与燃料的预混度、燃
烧温度以及循环系统对排放量影响最大。
因此,在设计中也应该注意这几个要点,根据各环节有针对性的进行方案调整。
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