锅炉百科
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中小型燃气锅炉低氮燃烧技术研究

1.甲烷 - 空气燃烧过程中氮化学的基本原理燃烧理论将氮氧化物的生成分为热力型氮氧化物,快速型氮氧化物和燃料型氮氧化物。由于天然气中氮含量低,燃料型氮氧化物不是其主要控制类型。热NOx是指在高温下燃烧空气中的N 2氧化成NO x。热力型NOx的产生机理一般是基于Jerichovich的机理:当温度低于1500℃时,产生的热量少;当温度高于1500℃时,当温度升高100℃时反应速度增加。 6〜7次。在实际的燃烧过程中,由于燃烧室内温度分布不均匀,如果存在局部高温区,这些区域会产生更多的氮氧化物,这可能在整个燃烧中产生NOx起关键作用室。快速NOx在碳氢燃料燃烧和富燃料的情况下,反应区将迅速产生NOx。在实际的燃烧过程中,各种因素分别发生变化,许多参数不断变化。即使最简单的气体燃料燃烧也会经历燃料和空气的混合,并且燃烧将产生烟雾直到最终离开。炉。诸如炉膛温度,燃料和空气的混合程度,烟气在炉内的停留时间等参数都在不断变化。燃料和空气混合物进入炉内后,由于周围高温烟气的对流和辐射加热,混合气流的温度迅速升高。当达到点火温度时,燃料开始燃烧并且温度急剧上升至接近绝热温度水平。同时,由于烟气与周围介质之间的对流和辐射热交换,温度逐渐降低直到周围介质的温度相同,即烟气在冷却的同时流过整个炉子。可以看出,炉内的火焰温度分布实际上是不均匀的。通常,距燃烧器出口一定距离处的温度最高,其前后的温度较低,即存在局部高温区。由于该区域的温度比炉内的平均温度高得多,所以对于产生的NOx量有很大的影响:温度越高,产生的NOx量越多。因此,在炉膛中,为了抑制NOx的产生,除了降低炉内的平均温度之外,还需要使炉内的温度分布均匀以避免局部高温。 2.国内外燃气工业锅炉NOx控制技术现状现有的低NOx燃烧技术主要集中在如何降低燃烧温度和减少热力型NOx的产生上。主要技术包括分级燃烧,预混燃烧,烟气再循环和多孔介质催化。燃烧和无焰燃烧。 (1)燃料分级燃烧或空气分级燃烧热NOx生成在很大程度上取决于燃烧温度。当当量比为1时,燃烧温度达到最大值,并且燃烧在稀或富条件下进行,并且燃烧温度将下降很多。这个原理被用来开发分阶段燃烧技术。空气分级燃烧的第一阶段是富燃燃烧。在第二阶段添加过量空气以燃烧贫油,在两阶段之间添加空气冷却以确保燃烧温度不会太高。燃料分级燃烧与空气分级燃烧正好相反。第一阶段是贫燃阶段燃烧和在第二阶段添加燃料可使当量比达到要求的值。这两种方法最终将整个系统的过量空气系数保持在恒定值,这是目前广泛使用的低氮燃烧控制技术。 (2)贫燃预混燃烧技术预混燃烧是指燃料和氧化剂在混合物点燃前在分子水平完全混合。为了控制NOx生成,该技术的优点是可以通过完全控制当量比来控制燃烧温度,从而降低热NOx生成率。在一些情况下,预混合燃烧和部分预混合与非预混相当。燃烧可将氮氧化物产量减少85%-90%。另外,完全的预混还可以减少由过量空气系数不均匀性引起的NOx生成控制的减少。然而,预混燃烧技术的安全控制仍存在未解决的技术难题。首先,预混合气体由于其易燃性高而可能引起回火;其次,过量的空气系数会导致排气损失增加。 ,降低了锅炉的热效率。 (3)外部烟气再循环和内部烟气再循环技术通过向火焰区添加烟气可以降低燃烧温度。添加的烟气吸收热量,从而降低燃烧温度。通过将烟气的燃烧产物加入燃烧区,不仅燃烧温度降低,而且NOx产生也减少;同时添加的烟气降低了氧气的分压,这将减弱产生热NOx的氧气和氮气的过程,从而减少NOx的产生。根据不同的应用原理,烟气再循环有两种应用,即外部f烟气再循环和内部烟气再循环。对于外部烟气再循环技术,烟气通过外部管道从锅炉出口重新引入炉内。据研究,外部烟气再循环可以减少70%的氮氧化物产量。外部循环的比例对NOx控制效果也有很大影响。随着外循环比例的增加,氮氧化物还原率也越明显,但循环风机的功耗也会增加。对于内部烟气再循环,返回燃烧区的烟气主要通过燃烧器的空气动力学。内部烟气再循环主要通过高速喷射火焰或旋流燃烧器的抽吸作用实现,从而使气流旋转以实现循环效果。通过使用旋流器或切向气流入口产生切向速度气流,发生涡旋。涡旋的强度可以用无量纲的涡流S来表示。当涡旋度超过0.6时,在气流中将存在足够的径向和轴向压力梯度,这将导致气流逆转,从而形成环形回流区域火焰的中心。中央回流区的高温气体将返回到燃烧器喉部,从而确保点燃未燃烧的冷气体,同时通过降低火焰温度和降低氧气分压来减少NOx的产生。 (4)多孔介质的催化燃烧另一种降低火焰温度的方法是尽可能快地加强火焰。热量传递。在燃烧器内部添加多孔介质(PIM)引起燃烧反应在多孔介质中发生,从而增强了从燃烧器到周围环境的辐射和对流热传递。实验表明,使用PIM燃烧器的燃烧温度低于1600K a发现约5-20ppm的NOx产生量。 PIM燃烧器还可以在燃烧器入口处添加催化剂,使得燃料分子和氧化剂分子在催化剂表面上以相对低的活化能量进行反应。以这种方式,反应温度低于相同类型的燃烧。由于反应过程仅发生在催化剂的表面上,因此不会产生NOx,因此催化燃烧NOx的产生可以减少到1ppm。催化燃烧的缺点是必须确保活性表面在相对较低的温度下不被氧化或蒸发,并且催化剂成本相对较高并且难以获得工业应用。 (5)无焰燃烧传统的火焰燃烧分为预混燃烧和扩散燃烧。其主要特点包括:1,燃料与氧化剂在高温下的反应,温度越高,越有利于火焰的稳定性; 2火焰表面可见(甲烷燃烧的火焰通常是蓝色的,当产生烟灰时,它是黄色的); 3大部分燃料都在非常薄的火焰层中燃烧,但燃烧反应将在下游的不可见区域完成。为了产生火焰,燃料与氧化剂的比例必须在可燃极限内,并且需要点火装置。在正常情况下,火焰通常在点火后充当点火器,并点燃进入的气流。这需要足够高的火焰温度以达到最小的点火能量,但高火焰温度会增加NOx的产生。已经研究过,当炉内温度为1000℃并且空气被预热至650℃时,燃料在没有火焰的情况下燃烧,一氧化碳小于1ppm,并且NOx接近于零排放。为了稳定火焰,可见的燃烧过程在燃烧之后需要强烈的烟气再循环离子;对于无焰燃烧,烟气再循环在燃烧之前发生,甚至可能在燃烧器中发生,使得再循环的烟气被加热。混合燃料降低炉温并扩大反应区。无焰燃烧火焰均匀分布,燃烧温度低,羟基产生较少,导致NOx产生较少。燃烧燃烧需要以下条件:分别喷射1次高动量空气和燃料流; 2循环大量内部或外部高温燃烧产物; 3快速移除热量以确保炉内各处绝热火焰温度不会达到。 。火焰燃烧不需要传统的稳定燃烧装置或条件(如强涡流)。

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