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中小型燃气锅炉低氮排放有效解决方案

作者: 天然气锅炉燃烧器 来源: 未知 时间: 2020-06-02 浏览次数:
现有的低氮氧化物燃烧技术主要集中在如何降低燃烧温度和热氮氧化物的产生。主要技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质催化燃烧和无焰燃烧。 (1)无焰燃烧 传统的火

现有的低氮氧化物燃烧技术主要集中在如何降低燃烧温度和热氮氧化物的产生。主要技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质催化燃烧和无焰燃烧。

(1)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)燃料和氧化剂在高温下反应,温度越高,火焰越有帮助。(2)火焰表面可见(当煤烟出现时,甲烷燃烧的火焰一般为蓝色和黄色);(3)大部分燃料在一层很薄的火焰中燃烧,但燃烧反映出它将在我看不见的地方完成。

为了产生火焰,燃料与氧化剂的比例必须在可燃性极限内,并且需要焚烧组件。在同样的情况下,火焰本身将作为一个焚烧炉,在未来燃烧来流。这需要足够高的火焰温度来达到最小焚烧能量,但是高的火焰温度会增加氮氧化物的生成。

经过研究,在炉膛温度为1000,空气预热到650的条件下,燃料以无焰状态燃烧,一氧化碳小于1ppm,氮氧化物接近零排放。

为了不干扰火焰,可见燃烧过程需要燃烧后强烈的烟气回流;对于无焰燃烧,烟气回流发生在燃烧之前,甚至可能在燃烧器的侧面。因此,再循环烟气加热预混合燃料,降低炉膛温度并扩大混响面积。

无焰燃烧具有平均火焰分布、较低的燃烧温度和较少的羟基生成,这使得氮氧化物较少。无焰燃烧需要以下先决条件:与高动量空气和燃料流分离;(2)大量内部或外部高温燃烧产物循环;(3)快速散热,以确保炉膛内各处不会达到绝热火焰温度。无焰燃烧不需要传统的稳定燃烧组件或前提(如强涡流)。

(2)燃料或空气的分级燃烧

热氮氧化物的产生主要取决于燃烧温度。当当量比为1时,燃烧温度达到最高。当燃烧在贫燃或富燃环境中进行时,燃烧温度会下降很多。利用这一原理,开发了分级燃烧技术。

空气分级燃烧的第一阶段是富燃料燃烧,第二阶段是插入过量空气的稀薄燃烧。插入两级之间的空气被冷却,以确保燃烧温度不会太高。燃料的分级燃烧与空气的分级燃烧正好相反。第一阶段是燃料的稀相燃烧,而第二阶段是与燃料混合以使合适的比例达到所需的值。这两种方法最终会将整个系统的过量空气系数连接到一个固定值,掌握目前广泛使用的低氮燃烧技术。

(3)贫燃预混燃烧技术

预混燃烧是指在夹杂物点燃之前,燃料和氧化剂在分子水平上完全夹杂。为了掌握氮氧化物的生成,该技术的优点是可以通过完全控制当量比来掌握燃烧温度,从而降低热氮氧化物的生成速度。在某些情况下,与非预混燃烧相比,预混燃烧和部门预混燃烧可减少85%-90%的氮氧化物生成。此外,完全预混合还可以减少由过量空气系数的不均匀性引起的氮氧化物生成控制的降低。然而,掌握预混燃烧技术的Anson仍有未解决的技术难题。首先,预混气体由于其高可燃性可能导致回火。第二,过量空气系数过高会导致排烟损失增加,降低锅炉热效率。

燃气锅炉低氮排放有效解决方案

(4)外部烟气再循环和内部烟气再循环

燃烧温度的降低可以通过在火焰区域中存在烟气来实现,并且插入的烟气吸收热量以降低燃烧温度。通过将烟气的燃烧产物引入燃烧区,不仅降低了燃烧温度,而且减少了氮氧化物的生成;同时,中间的烟气降低了氧的分压,这将削弱由氧和氮产生热氮氧化物的过程,从而降低了ge

对于外部烟气再循环技术,烟气从锅炉出口开始通过外部管道流向炉膛。根据研究,外部烟气再循环可减少70%的氮氧化物生成。外循环比对氮氧化物控制效果也有很大影响。随着外循环比的增加,氮氧化物的减少量将显著增加一倍,但循环空气的电气和机械消耗也将增加。

对于内部烟气再循环,燃烧器的气体动力学是烟气再循环到燃烧区的主要过程。内部烟气再循环的主要过程是高速射流火焰的卷吸作用或旋流燃烧器使烟气流产转达到再循环的效果。

通过使用旋风分离器或切向气流入口来产生具有切向速度的气流,涡流在扭曲过程中发生。涡流的强度可由无因次的涡流数来表示。当涡流超过0.6时,气流中将出现足够的径向和轴向压力梯度,这将导致气流旋转并在火焰中心产生环形再循环区。中央再循环区中的高温气体将返回燃烧器喉部,这确保了冷的未燃烧气体的焚烧,同时通过降低火焰温度和降低氧分压来减少氮氧化物的产生。

(5)多孔介质中的催化燃烧

降低火焰温度的另一个措施是尽可能快地增强火焰向外界的热传递。在燃烧器中添加多孔介质(PIM),使得燃烧混响发生在多孔介质中,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,PIM燃烧器燃烧温度低于1600K,氮氧化物生成量为5-20ppm。

PIM燃烧器也可以在燃烧器入口处添加催化剂,这样燃料分子和氧化剂分子将以较低的活化能在催化剂的外观上产生回响。这样,反应温度低于同类燃烧的温度。因为反应过程仅在催化剂出现时进行,所以不会产生氮氧化物,因此催化燃烧产生的氮氧化物可降至1ppm。催化燃烧的缺点是必须确保活性外观在相对较低的温度下不被氧化或蒸发,并且催化剂的成本相对较高,使得难以获得工业应用。

(6)全预混外燃技术降低氮氧化物排放的可行性及实现模式

“全预混金属纤维型燃烧技术”在进入燃烧室前将空气和天然气按比例完全混合,使天然气充分燃烧,同时降低火焰温度,减少氮氧化物的产生,在工作条件下氮氧化物的最大排放量可控制在30ppm以下。同时也减少了对空气的需求,提高了烟气的露点,使烟气尽快进入冷凝阶段,从而进一步提高燃烧效率。

国外金属纤维燃烧器产品具有多年的应用经验,并与铸铝等高效换热结构相匹配。排放效应是毋庸置疑的。然而,还有一个缺点是,为了达到排放效果,必须安装热交换器。在低氮排放的要求下,传统的燃烧器面临着需要更换的问题,而昂贵的新设备无疑带来了较高的使用成本。

如果您想了解更多关于低氮燃烧器的信息,请咨询Xi安创威机电设备有限公司


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