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低氮燃烧原理
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- 发布时间：2020/12/08
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谁为天空再添一抹蓝色？
随着国民意识的觉醒和国家政策的约束力加强，国家的环保机构检查力度越来越大。低氮锅炉设备的日益盛行，极大保证了人们居住环境的有害气体不超标，有利于企业朝着良性的方向发展。随着技术的不断完善，低碳锅炉还将为人类、社会和环境带来更深远的意义。减少NOx排放是改善环境空气质量的需要，近年来的监测数据表明，典型特征污染物PM2.5出现较大超标比例和区域性长时间严重超标情况，改善环境空气质量面临巨大挑战。减少NOx排放是改善空气环境质量的重要任务之一，因此燃气锅炉低氮改造是非常有必要的。数十年来，瑄瑄将节能技术应用于燃烧领域，将节能环保理念贯彻于研发和生产的每个环节。瑄瑄通过数字化燃烧管理，有效的节省能源，减少污染物的排放，为我们的天空越来越蓝贡献一份力量。
一、 传统的天然气锅炉燃烧器通常NOx排放值在120~150mg/m3左右。而普通低氮燃烧器通常NOx排放值在30~80mg/m3左右。超低氮燃烧器通常NOx排放值在30mg/m3以下。
传统燃烧器的高NOx排放主要源于下述几个原因：
1.为了保证燃烧充分，采用了较大的过剩空气；
2.燃烧温度通常在1700度左右；
二、NOX生成机理
燃气燃烧生成的烟气中NOX主要是NO，反应： O2 + N2 = 2NO － 180kJ
烟气中NOX的种类：
（1）热力型（温度型）NOX：空气及 燃料中N，在高温下生成；
（2）快速型NOX：碳氢化合物燃烧 当燃料过浓时在反应区会快速生成NO。
（3）燃料型NOX：煤中氮化物热分解和氧反应生成NO。
燃气燃烧生成主要是热力型NOX,即主要来源于空气及燃料中N，在高温下生成的烟气NOX，造成环境污染。
三、控制热力型NO生成的方法
1. 降低燃烧温度水平；
2. 降低氧气浓度，在浓燃料下燃烧；
3. 缩短烟气在高温区内停留时间；
4. 使燃烧在远离 α=1的条件下进行。
现有的低氮燃烧技术主要围绕如何降低燃烧温度、减少热力型NOx生成开展的，同时考虑通过初期快速混合以减少快速型NOx生成。其主要技术包括分级燃烧（包括空气分级、燃料分级）、金属表面预混燃烧、烟气再循环（包括烟气外循环、烟气内循环）
四、 根据用户要求，我公司可提供各种燃气的低氮燃烧器，包括天然气、焦炉煤气、高炉煤气、液化气、沼气、工业尾气等，且在助燃风温度＜300℃的情况下，仍能实现NOx排放小于80mg/Nm3的指标。
五、我公司根据配套设备的功率，分为两类
1）功率大于4.2MW配套设备的低氮燃烧器采用烟气再循环技术和分级燃烧技术，可减少70% NOx排放，CO排放未增加，会出现燃烧不稳定，与循环率相关；由于比热的差异，CO2作为稀释剂比N2更有效地降低NOx ，在燃料侧与空气侧稀释均能有效降低NOx生成，我公司多个低氮燃烧器现场反馈表明在空气侧稀释更有效。采用烟气再循环技术，NOx排放可小于30mg/Nm3。
随烟气再循环率增加，会造成1）辐射换热量减小；2）对流换热量增加3）在烟气无冷凝时（排烟温度大于120℃），随烟气再循环率增加，排烟温度升高，4）锅炉效率有一定下降。
2）对于功率小于4.2MW配套设备的低氮燃烧器采用全预混金属纤维表面燃烧技术 ，其利用火焰分割降温原理和较高的空气过剩系数，降低火焰温度，通过改变局部流速，精准的控制混风量，使燃气与空气完全预混后，再进入燃烧的过程，最大限度的降低了NOX的生成量，逐渐成为低氮燃烧技术的领先路线。 采用全预混金属纤维表面燃烧技术，NOx排放小于30mg/Nm3；
FGR技术问题：
①降低火焰的燃烧温度和氧浓度，会产生或多或少量的CO，使得锅炉的热效率和燃烧系统整体的稳定性也随之下降，并导致产生二次污染，易引起锅炉震动。随着循环烟气流量的增加，炉膛或烟道的振荡易通过燃烧器本体及循环烟气FGR管道直接影响燃烧系统的稳定性，所以循环烟气流量并不是越大越好，通常，应小于总烟气量的25% 。调试时，需根据配套炉型的炉膛直径、长度、运行压力及时调整火焰的直径、长度，并配合调节旋流风、直流风、回配风之间的关系，避免因火焰直径过大，冲撞炉膛内壁，引起炉膛震动。还需充分结合火焰的燃烧状况、颜色、炉膛温度及氧含量分析仪中氧含量、CO含量、NOX含量等参数综合调节燃烧空燃比、回配烟气阀K值。
②风机入口处/混风箱处易出现冷凝水，由于湿热的烟气与较低温度的助燃风混合，容易产生冷凝水，可能侵蚀燃烧器的内部元件，并影响燃烧效果。当然这取决于烟气和助燃风的温度状况，若冷凝水较大时，必要情况下可以考虑将FGR管路加保温、预留冷凝水排放口以及助燃风预热。
③可能会影响系统出力，由于需要另增加掺入约10~30%的循环烟气到总烟气量中，并进入到蒸汽锅炉内部，所以就需要请锅炉厂提前核对锅炉本体、预热器/省煤器、冷凝器及后续设备烟气程的流通面积是否可以容纳该部分烟气；若烟阻过大，超出最大可容纳范围，将会引起锅炉整套系统的震动。
④炉膛温度拟控制在1000℃以下，请锅炉厂核对炉内换热面积在该温度下是否可以满足设计出力。（由于蒸汽锅炉最初可能不是按照低氮设计的，受热面布置的比例可能与低氮形式的炉子有所不同，因此可能会影响蒸汽锅炉的实际出力）如果原系统日常的大部分时问都工作在满负荷，则 FGR改造后可能出力不够，此时不建议做 FGR改造。
⑤使用高精准线性关系，位置反馈准确的电动调节阀或配套电动执行器，以保证精准调节K值比例关系，增大低氮调节范围，实现可靠的自动化比例调节。
⑥检测时需根据炉型确定氧基准：
对于锅炉：氧含量<3.5%；对于导热油炉：氧含量控制在5%以下，最大不能超过6%。
针对氧含量分析仪的测点位置：尽量靠近炉膛出口，漏风系数偏小处，不选在烟囱上。
检测值转换：
质量浓度（mg/m3）=（31.6/22.4）*体积浓度(ppm) * (273/273+T烟) * （21-O2基准）/（21-O2实测）
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