论文部分内容阅读
【摘 要】在经济快速发展的今天，人民的生活水平逐渐提高，现代化技术以在生产生活中普遍应用，经济的发展势必带来能源的消耗，环境问题也随之而来。本文对NOx的产生途径以及控制措施、低氮燃烧技术分类介绍、低氮燃烧技术存在的问题做了简单介绍，这对低氮燃烧技术在燃煤锅炉中的应用具有一定现实意义。
【关键词】低氮燃烧技术；锅炉；措施
引言：从有关机构的调查数据得知，目前我国目前化工能源行业二氧化硫的排放量已经超过1500万吨，氮氧化物的排放量已经超过2500万吨。按当下发展趋势，在2025年的氮氧化物排放量将达到3500万吨。由此引发的环境问题已经受到社会各界广泛关注，发展必须做好环境治理工作。在2014年7月出台的《火电厂大气污染物排放标准》中要求二氧化氮的排放浓度不得高于100mg/m3，这一标准的推出使得各家锅炉企业对自己的排放更加重视，锅炉系统产生的烟气中二氧化硫和氮氧化物更是标准中的重点。这一标准的制定UI与烟气污染控制有着十分重要的意义。
当下燃煤锅炉脱硝技术的研究重点主要还是放在热反应中的NOx控制以及热反应后的NOx控制。在国际交流中通常将热反应中的NOx控制手段叫做一次措施。将热反应后的NOx控制手段叫做二次措施，这就是我们常说的烟气脱硝技术。文章主要对燃煤锅炉燃烧过程中普遍使用的部分以及部分注意。
1.NOx的产生途径以及控制措施
1.1 NOx的产生路径及类型
NOx是主要的空气污染源之一，当它的浓度达到一定限制后会对人体产生极大危害，这也对于公共安全造成威胁。在燃煤锅炉系统工作中会产生大量氮氧化物，根据运行情况的不同，如原料热反应情况和热能动力情况的变化，都会导致产生的NOx也不同。在热反应中形成的NOx是由于原料本身就含有一定的含氮量，含氮化合物在燃烧中转化为氮氧化物。在热反应达到700±100℃时，原料中的含氮化合物就会氧化成氮氧化物。与此同时的氮氧化物合成与分解都是由原料特性及组成决定的，体系温度也会对氮氧化物的合成分解产生一定影响。但在热作用下形成的氮氧化物有所不同，它的来源主要是空气中的氮气，在高温中氧化形成氮氧化物。与此同时燃烧温度也会对NOx的类型产生影响。当反应温度超过1500℃时，NOx生成路径原理服从阿累尼乌斯定律，而且它的产生路径是随温度的变化而变化的，当反应温度越高，它的产生速率也会呈指数模型增长。与此同时，加速产生的NOx是指有机原料过度燃烧情况下导致的燃烧区附近NOx加速产生，但在规模化的生产中，这种情况下在实际中并不常见。
1.2 NOx控制措施
我们从前方给出的反应路径可以得知，关于NOx的控制措施可以从燃烧前、燃烧过程中以及燃烧后三个阶段分别入手。应用不同的控制手段对它的产生进行抑制，降低NOx的生成量，达到污染控制目的。原料脱氮处理是可以有以减少NOx生成及环境影响的，具体办法就是在原料进炉之前就将其中的含氮化合物提取出来，转化为低氮原料，这就会减少NOx在燃烧中的生成，源头控制污染的产生。但依目前的技术，这种方法并不是适合大规模生产，因为它使用的设备较为复杂，对技术水平要求高、难度大，这就限制了它在工程中的应用前景。其次介绍燃烧过程中的控制，在过程中的NOx生成脱氮处理技术包括两种手段，一是对燃烧过程中产生的NOx进行控制；二是对已生成的NOx利用还原反应进行减少。对燃烧过程中产生的NOx进行控制，是依据它的产生路径中分析得出，简单来说就是控制反应温度和燃烧区的氧含量、减少原料在高温去的停留时间两个方面完成的。目前，锅炉系统流程中就是按照这个原理设计的。同时，还要对产生的NOx进行还原反应处理，这样又可以再次降低NOx含量，达到控制目的。这两个过程就是我们所说的燃烧过程中的脱氮技术。行业较为普及的烟气脱硝处理技术方法包括选择性催化还原法和选择性非催化还原法等，经过在燃烧排放烟气过程中加入含氮还原剂，使其在一定温度下与烟气中的氮氧化物进行相互还原反应，从而生成氮气和水，以减少其危害影响。其中，SCR技术作为一种选择性催化还原法在锅炉燃烧烟气脱硝工艺中就具有较为广泛的应用。
2.低氮燃烧技术分类介绍
低氮燃烧技术主要是依靠降低热反应区温度，较小的空气系数，减少原料在高温区的停留时间等手段达到降低NOx浓度的目的，这一手段是减少燃煤锅炉尾气排放中NOx浓度应用最广泛的技术。并且因为低氮燃烧技术发展较为成熟，而且投入和运行费用较低，已经受到行业的认可。
2.1燃烧分级技术
燃烧分级技术是在锅炉腔体形成初始燃烧区的上方二次加入燃料，通过这个手段形成富燃料燃烧的再燃区，NOx会在这个区域被还原成N2。燃烧分级技术原理是通过使不完全燃烧的产物充分燃烧来减少氮氧化物的产生，需要在再燃区的上面布置燃尽风喷口。燃烧分级技术的目的是改变再燃烧区原料与空气配比；这个技术的缺点是由于为了解决不充分燃烧问题而需要增加新的配风系统，加大投资和维护难度。
2.2空气分级燃烧技术
空气分级燃烧技术（OFA）是目前行业使用率较高的低氮燃烧技术，该技术原理是将热反应过程划分。OFA技术是将燃烧用风分为两次：一次风和二次风，这样做是为了目的是减少燃料燃烧区域的一次进风量，用这个办法来调节燃烧区域的燃料浓度，延缓一次风和二次风的混合时间，这样富燃料区就会在炉膛中形成，燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气还有未充分燃烧的烟气，这些烟气经过二次风，燃料就会燃烧充分。空气分级燃烧技术又分水平方向和垂直方向燃烧技术，两个技术相辅相成。
（1）水平方向空气分级燃烧技术。这种燃烧是在烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧，它是通过将一次风和二次风不等切圆，部分二次风射流偏向炉墙来实现的。该技术通过让主燃烧区形成还原气氛，使氮氧化物还原为氮气来降低NOx的浓度，还可使氧化性气氛形成在在炉墙附近，所以可以降低水冷壁的高温腐蚀程度以及因还原性气氛使灰熔融性温度下降而导致的燃烧器附近结渣。
（2）垂直方向上空气分级燃烧技术。将燃料所需的空气分成2部分送入炉膛：一部分为主二次风，另一部分为燃尽风。因此，在热反应中会分成3个区域，即热解区、贫氧区和富氧区。上部燃尽风送入炉膛时，已经避开了高温火焰区，使未燃尽产物能够完全燃烧。
3.低氮燃烧技术存在的问题
低氮燃烧技术在应用中最为广泛，而且技术简单，投入较小。燃煤锅炉尾气中污染物众多，但NOx是唯一可以通过改进燃烧方式来减少浓度的污染物。工程中应用的低氮燃烧技术也会遇到各种问题。
（1）不完全燃烧损失的增加时由于在二段空气量过大，经验来看，当二次风的气量是总量的15%～20%效果较好。
（2）较低温度、较低氧量的燃烧环境会降低锅炉的燃烧效率，在不提高燃料（例如煤粉）细度的情况下，飞灰可燃物含量会增加；由于在燃烧器区域缺氧燃烧，炉膛壁面附近的CO含量增加，可能会引起水冷壁管的金属腐蚀。
4.结语
文章对低氮燃烧技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用进行研究分析，希望提供给有兴趣的研究人员一些有利于锅炉燃烧烟气脱硝工艺发展的帮助，为降低烟气排放污染影響出一份力。
参考文献：
[1] 郭丽颖，朱林，侯健，等.燃气轮机NOx控制技术及催化剂 应用的现状与展望[J].电力科技与环保，2019，35（1）：13-15.
[2] 剑明，武新岗.煤粉炉低氮燃烧及烟气脱硝改造设计 典型示范[J].环境科学导刊，2017，36（5）：59-61.
（作者单位：华能海南发电股份有限公司东方电厂）
【关键词】低氮燃烧技术；锅炉；措施
引言：从有关机构的调查数据得知，目前我国目前化工能源行业二氧化硫的排放量已经超过1500万吨，氮氧化物的排放量已经超过2500万吨。按当下发展趋势，在2025年的氮氧化物排放量将达到3500万吨。由此引发的环境问题已经受到社会各界广泛关注，发展必须做好环境治理工作。在2014年7月出台的《火电厂大气污染物排放标准》中要求二氧化氮的排放浓度不得高于100mg/m3，这一标准的推出使得各家锅炉企业对自己的排放更加重视，锅炉系统产生的烟气中二氧化硫和氮氧化物更是标准中的重点。这一标准的制定UI与烟气污染控制有着十分重要的意义。
当下燃煤锅炉脱硝技术的研究重点主要还是放在热反应中的NOx控制以及热反应后的NOx控制。在国际交流中通常将热反应中的NOx控制手段叫做一次措施。将热反应后的NOx控制手段叫做二次措施，这就是我们常说的烟气脱硝技术。文章主要对燃煤锅炉燃烧过程中普遍使用的部分以及部分注意。
1.NOx的产生途径以及控制措施
1.1 NOx的产生路径及类型
NOx是主要的空气污染源之一，当它的浓度达到一定限制后会对人体产生极大危害，这也对于公共安全造成威胁。在燃煤锅炉系统工作中会产生大量氮氧化物，根据运行情况的不同，如原料热反应情况和热能动力情况的变化，都会导致产生的NOx也不同。在热反应中形成的NOx是由于原料本身就含有一定的含氮量，含氮化合物在燃烧中转化为氮氧化物。在热反应达到700±100℃时，原料中的含氮化合物就会氧化成氮氧化物。与此同时的氮氧化物合成与分解都是由原料特性及组成决定的，体系温度也会对氮氧化物的合成分解产生一定影响。但在热作用下形成的氮氧化物有所不同，它的来源主要是空气中的氮气，在高温中氧化形成氮氧化物。与此同时燃烧温度也会对NOx的类型产生影响。当反应温度超过1500℃时，NOx生成路径原理服从阿累尼乌斯定律，而且它的产生路径是随温度的变化而变化的，当反应温度越高，它的产生速率也会呈指数模型增长。与此同时，加速产生的NOx是指有机原料过度燃烧情况下导致的燃烧区附近NOx加速产生，但在规模化的生产中，这种情况下在实际中并不常见。
1.2 NOx控制措施
我们从前方给出的反应路径可以得知，关于NOx的控制措施可以从燃烧前、燃烧过程中以及燃烧后三个阶段分别入手。应用不同的控制手段对它的产生进行抑制，降低NOx的生成量，达到污染控制目的。原料脱氮处理是可以有以减少NOx生成及环境影响的，具体办法就是在原料进炉之前就将其中的含氮化合物提取出来，转化为低氮原料，这就会减少NOx在燃烧中的生成，源头控制污染的产生。但依目前的技术，这种方法并不是适合大规模生产，因为它使用的设备较为复杂，对技术水平要求高、难度大，这就限制了它在工程中的应用前景。其次介绍燃烧过程中的控制，在过程中的NOx生成脱氮处理技术包括两种手段，一是对燃烧过程中产生的NOx进行控制；二是对已生成的NOx利用还原反应进行减少。对燃烧过程中产生的NOx进行控制，是依据它的产生路径中分析得出，简单来说就是控制反应温度和燃烧区的氧含量、减少原料在高温去的停留时间两个方面完成的。目前，锅炉系统流程中就是按照这个原理设计的。同时，还要对产生的NOx进行还原反应处理，这样又可以再次降低NOx含量，达到控制目的。这两个过程就是我们所说的燃烧过程中的脱氮技术。行业较为普及的烟气脱硝处理技术方法包括选择性催化还原法和选择性非催化还原法等，经过在燃烧排放烟气过程中加入含氮还原剂，使其在一定温度下与烟气中的氮氧化物进行相互还原反应，从而生成氮气和水，以减少其危害影响。其中，SCR技术作为一种选择性催化还原法在锅炉燃烧烟气脱硝工艺中就具有较为广泛的应用。
2.低氮燃烧技术分类介绍
低氮燃烧技术主要是依靠降低热反应区温度，较小的空气系数，减少原料在高温区的停留时间等手段达到降低NOx浓度的目的，这一手段是减少燃煤锅炉尾气排放中NOx浓度应用最广泛的技术。并且因为低氮燃烧技术发展较为成熟，而且投入和运行费用较低，已经受到行业的认可。
2.1燃烧分级技术
燃烧分级技术是在锅炉腔体形成初始燃烧区的上方二次加入燃料，通过这个手段形成富燃料燃烧的再燃区，NOx会在这个区域被还原成N2。燃烧分级技术原理是通过使不完全燃烧的产物充分燃烧来减少氮氧化物的产生，需要在再燃区的上面布置燃尽风喷口。燃烧分级技术的目的是改变再燃烧区原料与空气配比；这个技术的缺点是由于为了解决不充分燃烧问题而需要增加新的配风系统，加大投资和维护难度。
2.2空气分级燃烧技术
空气分级燃烧技术（OFA）是目前行业使用率较高的低氮燃烧技术，该技术原理是将热反应过程划分。OFA技术是将燃烧用风分为两次：一次风和二次风，这样做是为了目的是减少燃料燃烧区域的一次进风量，用这个办法来调节燃烧区域的燃料浓度，延缓一次风和二次风的混合时间，这样富燃料区就会在炉膛中形成，燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气还有未充分燃烧的烟气，这些烟气经过二次风，燃料就会燃烧充分。空气分级燃烧技术又分水平方向和垂直方向燃烧技术，两个技术相辅相成。
（1）水平方向空气分级燃烧技术。这种燃烧是在烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧，它是通过将一次风和二次风不等切圆，部分二次风射流偏向炉墙来实现的。该技术通过让主燃烧区形成还原气氛，使氮氧化物还原为氮气来降低NOx的浓度，还可使氧化性气氛形成在在炉墙附近，所以可以降低水冷壁的高温腐蚀程度以及因还原性气氛使灰熔融性温度下降而导致的燃烧器附近结渣。
（2）垂直方向上空气分级燃烧技术。将燃料所需的空气分成2部分送入炉膛：一部分为主二次风，另一部分为燃尽风。因此，在热反应中会分成3个区域，即热解区、贫氧区和富氧区。上部燃尽风送入炉膛时，已经避开了高温火焰区，使未燃尽产物能够完全燃烧。
3.低氮燃烧技术存在的问题
低氮燃烧技术在应用中最为广泛，而且技术简单，投入较小。燃煤锅炉尾气中污染物众多，但NOx是唯一可以通过改进燃烧方式来减少浓度的污染物。工程中应用的低氮燃烧技术也会遇到各种问题。
（1）不完全燃烧损失的增加时由于在二段空气量过大，经验来看，当二次风的气量是总量的15%～20%效果较好。
（2）较低温度、较低氧量的燃烧环境会降低锅炉的燃烧效率，在不提高燃料（例如煤粉）细度的情况下，飞灰可燃物含量会增加；由于在燃烧器区域缺氧燃烧，炉膛壁面附近的CO含量增加，可能会引起水冷壁管的金属腐蚀。
4.结语
文章对低氮燃烧技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的应用进行研究分析，希望提供给有兴趣的研究人员一些有利于锅炉燃烧烟气脱硝工艺发展的帮助，为降低烟气排放污染影響出一份力。
参考文献：
[1] 郭丽颖，朱林，侯健，等.燃气轮机NOx控制技术及催化剂 应用的现状与展望[J].电力科技与环保，2019，35（1）：13-15.
[2] 剑明，武新岗.煤粉炉低氮燃烧及烟气脱硝改造设计 典型示范[J].环境科学导刊，2017，36（5）：59-61.
（作者单位：华能海南发电股份有限公司东方电厂）