低NOx煤粉燃烧技术.ppt

低NOx煤粉燃烧技术 发电部集控二值 煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮，二氧化氮及少量的氧化二氮。通常煤粉燃烧温度下，NO占90%以上，NO2占5%~10%,N2O只占1%左右。NOx的生成途径共有三种，热力型NOx，燃料型NOx和快速型NOx。 热力型NOx，在温度高于1500℃时，空气中的氮气和氧气反应生成的氮氧化物。这种氮氧化物只在高温下形成，所以通常称作热力型NOx。 燃料型NOx，燃料中固定氮生成的氮氧化物。 快速型NOx，也称瞬时氮氧化物，是在含氮燃料燃烧时，在低温火焰中，由于含碳自由基的存在而产生的。 快速型 NOx 是 1971 年 Fenimore 通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成 NOx 。 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的 CH 自由基可以和空气中氮气反应生成 HCN 和 N[1] ，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要 60ms ，所生成的与炉膛压力 0.5 次方成正比 , 与温度的关系不大。 这种氮氧化物产生的机理并不是氮氧化物排放的主要来源。 目前，国内外控制NOx排放的技术措施主要有两大类： 采用低NOx的燃烧技术，通过改变燃烧过程来有效地控制NOx的生成。 尾部烟道脱硝处理。使用选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）两种方式对烟道气进行处理。 低NOx煤粉燃烧技术目前主要有以下几种 1）低过量空气燃烧 2）空气分级燃烧 3）燃料分级燃烧 4）烟气再循环 5）低NOx燃烧器 低过量空气燃烧 使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以抑制NOx的生成.这是一种最简单的降低NOx排放的方法.一般可降低NOx排放15－20%.但如炉内氧浓度过低（3%以下）,会造成CO浓度急剧增加,增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳量增加,燃烧效率下降.因此在锅炉设计和运行时,应选取最合理的过量空气系数. 这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点.在第一级燃烧区内的过量空气系数越小,抑制NOx的生成效果越好,但不完全燃烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大.因此为保证既能减少NOx的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可*性,必须正确组织空气分级燃烧过程. 空气分级燃烧 基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成.在第一阶段,将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%）,使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧.此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1,因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平. 因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率,抑制了NOx在这一燃烧中的生成量.为了完成全部燃烧过程,完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（over fire air）――称为燃尽风（火上风）喷口送入炉膛,与第一级燃烧区在贫氧燃烧条件下所产生的烟气混合,在α＞1的条件下完成全部燃烧过程.由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内,故称为空气分级燃烧法. 燃料分级燃烧 在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO的还原反应,反应式为： 4NO+CH4 =2N2+CO2+2H2O 2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2 =N2+2nCO2+mH2O 2NO+2CO =N2+2CO2 2NO+2C =N2+2CO 2NO+2H2 = N2+2H2O 燃料分级燃烧 利用这一原理,将80-85%的燃料送入第一级燃烧区,在α1条件下,燃烧并生成NOx.送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料,其余15-20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α1的条件下，形成很强的还原性氛围，使得在一级燃烧区生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮原子，二级燃烧区又称为再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料或者再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。 烟气再循环 目前使用的烟气再循环法是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度。 煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛，而且煤粉燃烧所需部分的空气也是通过燃烧器进入炉膛的。从燃烧角度看，燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性也起着主要作用。从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的。 因此，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再