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对某锅炉燃烧器环保改造原理的应用探究
作者:成才林 高兴民

摘 要:该文论述了燃气(天然气)锅炉在燃烧过程中产生氮氧化物(NOX)的机理,提出了降低氮氧化物浓的反应产物也随之增大。由于最终的总反应N2+O2=2NO,2NO+O2=2NO2是吸热反应,所以降低温度、降低氧气含量会使热力型NOX的生成量明显降低。
结论:控制锅炉排放热力型NOX数量的方法可以概括为:降低燃气火焰中心区的最高温度;降低锅炉炉膛内的平均温度[1];实现较低空气量的供给,即降低氧气浓度。
快速型NOX产生的化学分析
以天然气为例说明燃气锅炉在工作过程中所发生的化学反应。未参与燃烧的CH4会分解出大量的CH、C2等原子团,它们会在高温的作用下和空气中N2分子发生化学反应,包含CH+N2=HCN+N,C2+N2=2CN等。然后,火焰中存在的大量OH、O原子团,与上述产物发生如下反应:CN+O2=NCO+O,HCN+OH=NCO+H2,HCN+O=NCO+H。最后,NCO被氧化生成NO,反应如下:NCO+O=NO+CO,NCO+OH=NO+CO+H,则生成了快速型氮氧化物[2]。
结论:在锅炉燃烧天然气过程中,未参与燃烧而是先分解成CH类原子团的天然气数量极少,所以快速型NOX,实际生成量很少,在考虑控制NOX的生成时,可以忽略快速型NOX的存在这一因素。 2 锅炉改造技术方案
根据以上氮氧化物产生的机理,重点从以下3个方面来考虑减少热力型NOX的生成量。
超低氮燃烧器需与现有锅炉相匹配
氮氧化物的形成与炉膛尺寸、炉膛内部结构都有直接关系,与锅炉炉膛内壁耐火材料的热吸收、热反射性能也有一定的联系,所以我们在设计燃烧器的时候,必须结合锅炉的具体情况,明确锅炉的具体参数,才能使燃烧器和锅炉相适应,体现出低氮燃烧器应有的价值[3]。比如采用定制模拟仿真设计技术,使燃烧器与原有锅炉最佳匹配,燃烧火焰适合炉膛尺寸,可以使燃烧与排放达到最佳运行状態;采用气枪分层、分段布置的技术,使空气与燃气混合均匀,燃烧充分,稳定无震动,可以有效降低氮氧化物的生成;燃烧器的喉部采用耐高温不锈钢材质,对于提高喉部质量、降低喉部温度、进而降低氮氧化物的生成量也有一定作用。
增加烟气再循环管道(FGR)
FGR烟气回流措施降低氮氧化物排放的机理:烟气的特点是含氧量低,其中还掺杂有不参与燃烧的气体,包括氮气、水汽、二氧化碳、二氧化氮等。取自锅炉烟道底部的烟气,经烟气再循环管道与燃烧空气混合后,就稀释了助燃空气中氧的含量,进入炉膛内实现低氧燃烧,使NOX的生成量减少了,达到锅炉烟气氮氧化物含量低的目的[4]。
增加智能调节控制系统
不像实验室的理想状态下的运行数据那么精准,NOX的生成机理其实非常复杂,但我们还是能够推导出它的生成与炉膛火焰的温度、助燃氧气的浓度有关。随着高科技的发展,低氮燃烧器的智能调节控制系统,能够实时监测NOX生成量,以此来判断NOX是否符合我们设定的排放标准,再自动调节天然气、助燃空气的供给比例,从而达到满足烟气中的NOX的含量要求。
3 结语
新型超低氮燃烧器配合烟气再