低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文（精选10篇）

篇1：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

摘要：探讨分析NOx的生成机制，阐述低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的应用情况及其可能存在的问题，以解决控制NOx的排放量，减少环境污染。

关键词：低氮燃烧技术；节能减排；锅炉

能源消费一直是世界共同关注的问题，随着人类社会的飞速发展，能源消费需求不断扩大，节省能源消费是一大命题。因此，氮能源的减排及其充分利用就越发重要。低氮燃煤技术具有低投资、高效益的优点。氮能源在我国工业锅炉的应用中相当普及，但同时氮能源在锅炉中燃烧过程时会加速扩大NOx的排放量及速度，如果不能节能减排，将不能充分发挥它的价值，且会严重浪费氮能源，甚而影响环境健康，所以严格控制NOx的排放量首当其冲。锅炉中低氮燃烧技术实质上就是改善燃烧条件，使其充分燃烧，产生更多能量同时减少NOx生成。目前我国工业锅炉常用的低氮燃烧技术主要有燃料分级技术、空气分级技术、烟气再循环技术等。

1氮能源在锅炉中生成氮氧化物的机制

氮能源燃料在锅炉燃烧过程中产生的NOx主要包括N2O、NO2、NO，N2O占总含量约1%，NO2占总含量约2%~10%，含量最多的是NO，占总含量90%以上，各种NOx含量比例的差异和燃烧条件关系密切。锅炉生产中NOx的生成机理主要有三种类型：燃烧型、热力型、快速型。

1.1燃烧型

燃烧型NOx是氮能源燃料在锅炉中的完全燃烧及不完全燃烧产生的。我们知道，氮能源燃料中氮化合物的热分解温度是600℃~800℃，在该温度条件下生成燃烧性NOx。首先是含氮化合物高温分解成中间环节产物，主要包括N、氰化氢、氰化物等，然后中间产物进一步氧化形成了NOx。煤粉锅炉含氮能源的燃烧过程相继发生挥发份燃烧、焦炭燃烧2个阶段，所以，燃料型NOx的生成与挥发份燃烧、焦炭燃烧有密切关系。

1.2热力型

热力型NOx的产生的必备条件是高温，它是指氮能源燃烧过程中空气中的N在高温下氧化产生，在锅炉中经过燃烧生成NOx的一系列连锁效应[1]。温度是影响空气中O、N化转为NOx的必需因素。随着温度的改变，产生的NOx含量及含有比例也会发生改变，温度越高，产生的各种NOx的速度越快、产量就越高。反应温度的升高，反应速度以指数规律而增加。

1.3快速型

快速型NOx是指当氮能源燃料局部浓度过高时，在氮能源燃料燃烧区附近会快速生成Ox。碳氢化合物经过高温条件下分解会产生碳氢自由基，碳氢自由基与空气中的氮气反应生成N2和氰化氢，N2和氰化氢再与空气中的O2以极为快速的方式生成NOx，NOx生成量与炉膛压力为正相关，温度变化不明显。锅炉NOx的生成含量及其比例需要考虑以下因素：（1）氮燃料本身的物理及化学特点。（2）锅炉工作时的高温燃烧温度范围。（3）燃烧区内烟气中N2、O2、燃料煤的含氮量，氮能源燃料与空气中氮及氧气之间的混合比例。（4）氮能源燃料在火焰区和炉膛高温内的停留反应时间。

2锅炉低氮燃烧技术的应用

锅炉低氮燃烧技术主要是在锅炉工作时改变燃烧条件，最大程度地减少NOx的生成，或通过最大程度地消耗已产生的NOx使之降低到最少，或两种手段都兼备。常见的氮能源低氮燃烧技术包括低过量空气技术、空气分级技术、燃料分级技术、烟气再循环技术等。

2.1低过量空气技术

NOx的产生随着炉内的空气量增加而增加，所以当锅炉内空气含量过低时，可减少NOx的产生，同时可以降低锅炉内热造成的损耗。低过量空气技术有可能引起CO、炭黑污染物和碳氢化合物等代谢产物的堆积、降低燃烧效率。所以在工业锅炉生产工作中，当确认空气过剩时，要注意同时满足锅炉热效率、燃烧效率及降低NOx等条件，从而在减少NOx产生的同时尽量避免降低热效率。

2.2燃烧分级技术

燃料分级技术是指氮能源燃料进行燃烧时燃烧区气体状态均处于接近自然空气的特性下。所需空气先后2阶段通入，即两段燃烧[2]。第一段空气约占空气量的5%~10%左右，燃料明显多于氧气，此时呈较低的燃烧区域，从而使生成的NOx减少。第2阶段是将剩余的空气送入温度比较低的区域，使第一段燃烧产生的不完全燃烧产物完全燃烧。两阶段通气后，尽管氧气多于燃料，但因为烟气温度的降低而减少了NOx的快速生成。同时在再燃区设置燃尽风喷口可确保不完全燃烧产物能够完全燃烧。

2.3空气分级技术

空气分级技术是通过降低燃料点火区的O2浓度，使点火区产生的挥发分更充分地和NOx进行还原反应，加速NOx的代谢，减少NOx的排放，同时在主燃区充分的供O2量则可以使氮能源燃料得到充分燃烧。空气分级燃烧技术有水平方向和垂直方向燃烧技术2种。水平方向空气分级技术一般是指在与烟气垂直的炉膛断面上通过将一次风、二次风不等切圆，部分二次风射流偏向炉墙进而引起空气分级燃烧。垂直方向空气分级技术是将燃料所需的空气分成主二次风和燃尽风两部分送入炉膛使燃料最终尽可能多地完成完全燃烧，减少NOx的排放的同时，提升热效率。2.4烟气再循环利用技术对烟气进行再循环利用是减少NOx生成的有效途径。机理是将部分已经冷却的烟气循环利用，重复多次送入到燃烧区，通过多次循环往复一方面可以降低O2浓度，提高主燃区的工作温度，减少NO生成，另一方面可以达到提高高热效率的效果，烟气循环率一般在5%~20%的之内最佳，这种状态减少NOx生成的效果最好。

3低氮技术存在的问题

氮能源低氮燃烧技术是目前实践中节能减排的重要手段之一。但是也存在着一定不足之处：（1）随着2阶段燃烧方法中空气量的增大，不完全燃烧的损耗增加。（2）氧气量过低、燃烧区温度过低时，如果不同时提高燃料细度，其他飞灰可燃物的产生会大范围增大。在燃烧器区域的水冷壁管的金属在缺氧状态下燃烧会加速腐蚀损坏。（3）在降低燃烧温度与延迟燃烧时间的同时，也降低了着火的稳定性及锅炉的低负荷燃烧稳定性，安全生产系数降低。

4结语

随着工业发展，国家越来越重视尽可能减少NOx的排放，企业在加大生产的同时要兼顾如何有效降低锅炉烟气中的NOx含量，避免污染环境，提高锅炉的热效能。低氮燃烧技术能够有效减少NOx的生成及其排放，但仍然存在不足之处，因此如何完善并解决其相关技术及其可能产生的不良问题是我们目前需要解决的问题。

作者:郑于贤 单位:福建省锅炉压力容器检验研究院莆田分院

参考文献:

[1]梁春寿.低氮燃烧技术在1080t/h燃煤锅炉上的应用//中国金属学会.2014年全国冶金能源环保生产技术会文集[C].北京:中国金属学会,2014:5.[2]王凡,刘宇,卢长柱,等.层燃锅炉低氮燃烧技术研究[J].环境工程,2014(1):140-143.

篇2：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

1.1 在工业锅炉中，由于水处理工作不到位所造成的锅炉热能损失主要由以下几个方面：锅炉受热面结垢;水质不良导致的过量排污;冷凝水无法回收利用;水处理再生剂漏入锅内而增加的排污损失等。

1.2 锅炉水处理不当引起的节能减排问题

锅炉水质不达标，造成锅炉结垢，既产生大量的清洗费用、维修费用、停产损失等额外经济损失;冷凝水未能回用，造成能源、水资源浪费;工业锅炉的设计排污率一般小于10%，但在实际工作中，由于水处理方法不当、水质不达标等因素的影响，一般在15%左右。水处理方法

2.1 水处理方法目前比较成熟的主要有：反渗透法、阴阳离子交换

除盐法、钠离子交换软化法、锅内加药法等。水处理方式选择不当会

增加对环境污水的排放量。解决这一问题的对策就是采用更先进、合理的水处理方法。

在较大的蒸汽锅炉中采用反渗透，或部分反渗透加离子交换法的方法,减少或降低离子交换法处理的比例,从而达到减少再生液排放量的目的。如果有20%蒸汽量的经过改造采用这一方法，每所可减少再生污水排放量2万吨。

采用锅内加药方法。GB1576—2001《工业锅炉水质》中规定小于4t/h的锅炉允许采用锅内加药法。锅外水处理的分析

3.1 锅炉给水处理

根据钠离子交换的工作原理可知，钠离子交换器虽然能够除去水中的硬度，防止锅炉结垢，但软化水的含盐量增加，腐蚀性增强，而且所产生的再生废液可导致淡水咸化、污染地下水质，置换冲洗也浪费了大量的淡水资源。近年来，国外全自动钠离子交换器被大量引进，供应商过分强调设备的自动化程度，以为装了交换器去除了硬度，水质就合格了，就可以延长锅炉的使用寿命，而且可以减员增效，使得用户不能按照因炉、因水、因地的原则选择既经济又有效的水处理的方法，造成了凡是新锅炉房必配钠离子交换器，结果未必能百叶窗到节约资源、保护环境的目的。

水中溶解氧的浓度是影响氧腐蚀的主要因素，随着溶解氧浓度的增加，金属的腐蚀速度加快。要防止氧腐蚀，主要的方法是减少水中的溶解氧的含量。目前的除氧设备普遍存在设备购置、维护修理费用高、外界因互影响大、浪费能源等问题。虽然标准中有明确规定，但在实际使用中，用户往往因能耗过大、对水质有较大影响等原因，把除氧设备当成摆设，专门应付检查，达不到运行效果，对小型锅炉不适用。我们对辖区内的设备进行了调查，统计结果显示，应除氧的锅炉均安装了除氧设备，除氧方式有热力除氧、解析除氧、海绵铁除氧及药物除氧。但从使用效果显著来看，除药物除氧全部正常使用外，其余除氧设备只有22.7%在运行，而且在用除氧设备的除氧效果普遍较差，合格率公为33%。

3.2 锅水处理

为了防止锅炉碱腐蚀、发生汽水共腾、保证蒸汽品质，锅炉排污是必不可少的。但排污率加大，造成水资源浪费、热能损失和废水污染。蒸汽锅炉采用锅外化学处理时，因为给水经过钠离子交换软化后，其碱度与硬度的差值增大，容易造成锅水碱度过高，导致排污增加。如果采用锅外水处理方法降低给水碱度只能增加设备，加大使用成本

篇3：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

北方联合电力达拉特发电厂330MW机组, #3炉是北京巴威公司生产的B&WB-1004/18.44-M型亚临界压力、一次中间再热单汽包自然循环锅炉。锅炉采用旋流燃烧器, 前后墙对冲布置。锅炉燃烧设计煤种为东胜烟煤。NOx排放量通常在600~700mg/Nm3左右, 存在低负荷稳燃能力较差、结焦等问题。

1 低氮技术改造概述

达拉特发电厂本次低氮燃烧器改造过程中, 利用火焰中NOx还原技术, 将新型火焰稳燃环安装在煤粉喷口末端, 用以获得较高的热烟气回流区, 及促进煤粉提前着火;采用外浓内淡的煤粉浓缩形式, 使得具有相对较高的动量的煤粉颗粒聚集在稳燃环附近, 高煤粉浓度可以提高煤粉快速点燃的能力、火焰稳燃的能力、不投油稳燃能力, 降低NOx排放能力;采用空气分级技术, 燃烧过程中的空气分为三级, 一次风、内二次风、外二次风;内二次风和外二次风均可在风箱外部实现对挡板位置的调整、分配比例的调整, 浓缩后的一次风与内二次风、外二次风调节协同配合, 以达到初期减少NOx的目的。

2 改造方案

原有锅炉燃烧器布置在前后墙, 每面墙有4层, 每层4只, 共计32只煤粉燃烧器。本次改造将所有的煤粉燃烧器全部更新。原有锅炉燃尽高度15000mm, 新增SOFA燃尽风为直流式, 以保证SOFA风的刚性, 布置2层, 拉开高度分别为4200mm及6600mm。因为锅炉现场的最上层煤粉燃烧器上方有一层刚性平台影响SOFa的布置, 所以本次新增燃尽风采取下层布置在两侧各2只, 上层布置在中间共计4只, 形成每面墙8只燃尽风喷口, 保证了水平方向上的覆盖面, 详见图1。

SOFA燃烧器喷口可以垂直方向上下摆动20°, 用以在一定程度上调节火焰中心, 以保证屏过不超温, 控制减温水量。

3 低氮燃烧器改造后性能保证

在机组现有的设备和运行条件下, 承包方通过综合性的改造后, 必须保证在机组全负荷范围内都能满足性能要求。

满负荷下, 燃烧器改造后的NOx排放浓度不大于300mg/Nm3, CO浓度不大于800μL/L, 锅炉效率不小于91.24%, 飞灰可燃物含量不高于1.95%, 大渣可燃物含量不大于3.6%。此外, 燃烧区域水冷壁表面烟气中的O2浓度不小于0.5% (工况条件:设计煤种、机组额定容量330MW、不改变现有的制粉系统及煤粉细度、送风机设计进风温度27℃) 。

在75%TRL负荷下, 承包方应保证:炉膛出口NOx浓度不大于_300mg/Nm3, CO浓度不大于800_μL/L, 锅炉效率为91.1%, 飞灰可燃物含量不大于1.95%。改造后的过热蒸汽温度在原设计温度基础上变化不大于±5℃, 过热器减温水量不大于80 t/h, 再热器减温水量不大于0 t/h。

在50%TRL负荷下, 承包方应保证:炉膛出口NOx浓度不大于300mg/Nm3, CO浓度不大于800μL/L, 锅炉效率为91.0%, 飞灰可燃物含量不大于1.95%。改造后的过热蒸汽温度在原设计温度基础上变化不大于±5℃, 过热器减温水量不大于80t/h, 再热器减温水量不大于0 t/h。

4 改造前后参数对比

达拉特发电厂3#锅炉改造前后参数对比 (摘自锅炉改造前后热效率试验数据汇总表) (见表1) 。

4.1表盘排烟温度改前为152.8/156.1℃, 改后为118/118℃。实测排烟温度改前为156.4/154.7℃, 改后为117.9/130.3℃。

4.2排烟热损失改前为7.791%, 改后为5.397%。从数据来看, 改后的排烟温度大幅下降, 对于锅炉效率影响较大, 现在仅仅排烟热损失一项就为锅炉节约效率2.39%。

4.3修正后锅炉热效率改前为91.24%, 改后为93.558%。从数据来看, 改后的锅炉效率提升2.318%。仅此一项, 就对于锅炉的年运行效益做出非常大的贡献。

4.4空预器后NOx含量实测值改后为168~256mg/m3%。从数据来看, 改后的排放浓度小于协议中规定的300mg/Nm3。

4.5在表格中飞灰可燃物含量改前为0.18, 现在改后为0.13/0.23, 平均为0.18, 基本不高于改造前, 而且远远优于协议中的1.95%。

5 结论

本次低氮燃烧器改造后无论是锅炉氮氧化物排放、排烟温度、锅炉热效率、飞灰含碳量等指标均取得了理想的效果。通过本次改造的低氮燃烧技术, 有效地大幅度降低了NOx的排放量, 为北方联合电力达拉特发电厂提供了技术支持。该技术在稳定燃烧、提高燃烧效率的同时, 也起到了防止结渣和高温腐蚀的作用, 为达拉特发电厂的锅炉系统的安全经济运行提供了可靠的保障。

参考文献

[1]哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心, 大型煤粉锅炉燃烧设备性能设计方法.

[2]裘立春, 熊建国, 应剑, 张书谨.煤粉锅炉旋流式燃烧器的新发展[J].华东电力, 1998, 2.

[3]姜义道.煤粉燃烧器和燃烧系统[J].电站系统工程.1996, 12, 2.

[4]阎维平.洁净煤燃烧技术[M].北京:中国电力出版社, 2002.

[5]岑可法, 姚强, 骆仲泱, 等.燃烧理论与污染控制[M].北京:机械工业出版社, 2004.

篇4：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

关键词富氧燃烧；CFB锅炉；热效率；膜法富氧

中图分类号TB文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0188-01

循环流行化床锅炉技术是近二十年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有1000多台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重要时期。如何进一步提升循环流化床锅炉的热效率，实现发电企业的节能减排，是摆在我们面前的一项重要任务。富氧燃烧技术作为一种高新的节能燃烧技术，在循环流行化床锅炉燃烧中的创新应用，很好的实现了CFB锅炉的进一步节能减排，具有巨大的市场潜力。本文着重讨论了富氧技术应用于循环流化床锅炉燃烧中的技术问题和可行的实施方案。

1富氧燃烧技术介绍

富氧燃烧（oxygen enriched combustion）指的是使用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气进行燃烧。它是一项高效节能的燃烧技术，富氧空气在燃烧过程中提供了更富丰的氧元素，使可燃物燃烧更充分，减少了固体不完全燃烧的排放，减少了氮和其他惰性气体随烟气带走的热能，其具有明显的节能和环保效应。富氧燃烧的特点是火焰温度高、降低燃料燃点、提高热效率、减少烟气排放量等。

2富氧燃烧技术的研究成果

2.1节能效果

因氮气量减少，空气量及烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热等，如当空气中氧气的浓度为25％时，火焰的黑度经计算为0.2245，增加约6％，同时燃烧带火焰对物料的辐射传热量提高的程度约为20.4％。日本曾在以气、油、煤为燃料的不同场合进行了富氧应用试验，得出如下结论：用23％的富氧助燃可节能10～25％；用25％的富氧助燃可节能20～40％；用27％的富氧助燃则节能高达30～50％等。

2.2氮氧化物和二氧化硫的排放

富氧燃烧时炉膛温度升高，使得热力型Nox 的生成量增加，但是如果将炉膛温度控制在950℃ 以下，氮氧化物和二氧化硫的量不会增加太多，反而是因烟气量减少后提高了氮氧化物和二氧化硫的浓度，更加易于捕捉。使用富氧助燃技术后，烟气中SOX总量有所减少，NOX含量和总量也均减少。节能本身就是一种有效的减排，因为硫为燃料本身固有，使用富氧助燃技术后，由于燃料总量减少，所以产生的SOX总量也有所减少，因此也是控制大气SOX排放的一种有效方式。

3应用分析

3.1炉膛温度控制

将富氧助燃技术应用到CFB锅炉，就需要把CFB锅炉的优势和富氧燃烧的优点结合起来，即：在富氧的燃烧的状态下依然保持炉膛内脱硫效果，控制较少氮氧化物生成，同时把富氧燃烧的传热效率高、燃烧完全、烟气排放量低的优点结合起来。要达到这样的效果，就需要将炉膛温度控制在原来空气燃烧时炉膛所适应的范围870℃～950℃。

据文献资料显示60％富氧燃烧时炉膛最高温度为95O℃ ，炉膛温度较用空气燃烧升高30℃～50℃左右，正常情况下CFB锅炉的最佳运行温度为870℃～920℃ ，可以推断在采用30％富氧燃烧且燃料量不变的情况下炉膛温度会稍低于950℃，这个温度是在CFB锅炉的运行温度范围。而燃烧温度在氧浓度大于30％时变化不大 ，所以使用氧浓度为27～45％的膜法富氧技术是可以满足CFB锅炉节能需要。

3.2CFB锅炉供风系统改造

CFB锅炉富氧燃烧技术关键是将富氧送到最需氧的地方，而且通过综合优化使整个锅炉给风更加合理，从而使燃料能在炉膛内完全燃烧，释放出有效热量，达到减少风量、降低排烟温度、节能和环保等目的。具体做法是将富氧空气通过喷枪对称布置直接在二次供风的位置喷入炉膛，提高火焰温度，使得辐射热显著增加。该方式要特别注意注氧点的布置，防止爐膛局部温度偏高，应采用对称燃烧技术，使燃料在炉膛中心强化燃烧（见下图）。

膜法富氧与CFB锅炉供风系统结合示意图

4讨论

1）要严格控制炉膛温度分布，合理布置注氧点，将炉膛的温度控制在950℃以下，同时合理分配二次风，保证温度梯度不超标。

2）采用富氧燃烧后，燃料相应减少，同时反回料也因燃烧完全而减少，锅炉物料循环量也就减少，使得整个炉膛的温度梯度变大。但是富氧燃烧后三原子分子浓度增大（CO2浓度增加），多原子分子的辐射传热要比单分子要强，这样炉膛的辐射传热就增强，可以弥补因循环量小的热量传递。

3）富氧燃烧会产生局部高温，会对炉炉膛的水冷壁和耐火材料产生影响。

5结论

循环流化床锅采用富氧燃烧技术能提高锅炉的运行效率，使固体燃料燃烧更加充分，增加传热效率，同时减小了CFB锅炉旋风分离器的负荷和锅炉磨损；烟气量减小，排烟损失减小；有害气体浓度升高，便于NOX 和C02的捕捉，从而达到节能减排的目的。

富氧燃烧在CFB锅炉中的应用是一项创新科技，但其在燃烧过程中容易产生大量的氮氧化合物，虽然已经有一些方法对其进行控制，但还不是特别理想，还需要广大科研工作者在此基础上进行深入的研究。

参考文献

[1]李洪宇,王华.低氧燃烧与富氧燃烧的性能比较分析[J].工业加热,2003,32(5):9-12.

[2]张清,陈继辉,卢啸风,刘汉周.流化床富氧燃烧技术的研究进展[J].电站系统工程,2007,23.

[3]沈光林.膜法富氧燃烧技术在工业锅炉中的应用[J].工业锅炉,2002,6:22—25.

[4]苏俊林,潘亮,朱长明.富氧燃烧技术研究现状及发展[J].研究与开发,2008,3:1-4.

作者简介

篇5：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

随着北京市大力推行“煤改气”，大量的煤炭正在被天然气等清洁燃料替代，天然气主要成分是CH4，几乎没有灰分、硫含量很低，不存在含汞化合物，从化学平衡的角度看，的确比煤炭更加清洁，主要污染物颗粒物、SO2、Hg的排放更低。（引图——单位热量煤炭与天然气产生污染物的比较），但是我们的天然气使用是否真的清洁？我们以北京市燃气锅炉NOx排放的平均水平与煤炭进行比较，发现天然气虽然只有煤炭燃烧产生NOx的30%，但两种燃料的NOx仍处于同一个数量级。这是怎么回事？实际上，“煤改气”在NOx减排上只是减少了燃料氮，我们知道天然气的燃烧是需要空气作为助燃剂的，当氧气与CH4发生化学反应产生大量热的同时，高温使得空气中的氮气也被部分氧化形成NOx，从而排放进入大气。NOx在大气中会参与光化学反应，是PM2.5、O3形成的重要前体物。引用北京市PM2.5源解析的结果（引图——PM2.5源解析图谱，北京和其他城市），2013年北京市PM2.5中的N/S摩尔比已经达到了1.7，这一比例远超过全国平均水平0.33，也就是说NOx在PM2.5中的贡献已经大大超过了SO2。从北京市近15年的空气质量变化趋势上看（引图——环境空气质量浓度变化趋势），SO2呈现了明显的下降趋势，这与近年来的大规模“煤改气”密切相关，虽然“煤改气”对NOx的有协同减排作用，但由于城市发展带来的能源增量，最终NOx的减排上并不显著，从图中可以看出2008年以后环境空气中的NO2则基本稳定在40-60微克/立方米左右，已经进入瓶颈期。从北京市的重污染过程发生的时间频率看（引图——是否有图？），冬、春两季发生频率最高，这与冬季采暖消费大量的化石能源有密切的相关性。根据北大对2013年一次重污染过程的分析（引图——），可以看出PM2.5与NOx的浓度呈现了强相关性，SO2在这次重污染过程中的几乎持续在一个比较低的水平。因此，以SO2为特征污染物的煤烟型污染已经悄然向NOx污染转化。

随着北京市产业结构的调整，工业生产活动造成的排放量呈现逐年萎缩的态势，与居民生活相关的污染源比例在升高。北京要实现空气质量的改善，必须从生活源实施深度减排。如前所述，随着大气环境污染形成机理的逐渐清晰，环境管理、污染控制将更加精细化，北京市环保局正在修订北京市《锅炉大气污染物排放标准》，其中对燃气锅炉的NOx排放控制提出了非常高的要求，到2017年北京市新建锅炉NOx要达到30mg/m3，只有现行标准限值的1/5，是继美国南加州空气质量管理区之后的最严标准。NOx的产生环节主要受燃烧系统控制，也就是燃烧器非常关键，同时锅炉本体的设计、受热面的布置也要与火焰尺寸匹配。这一标准的实施将对北京燃烧器市场形成较大的冲击，目前仅有少数的国外燃烧器企业可以提供这样的产品。为了配合北京市地方标准的实施，提高我国燃烧器产业细分市场的竞争力，北京市科委在2014年启动了北京市重大科技计划项目《燃气锅炉低氮燃烧技术装备研发与示范》，拟将国内的技术开发、产品制造、市场拓展等优势资源进行整合，促进新兴环保产业的发展。

我们在充分分析低氮燃烧器工业应用技术发展趋势的基础上，课题组确定了低氮燃烧器的技术路线，经过半年的结构设计和数值模拟，已完成了低氮燃烧器的产品初步设计，初步设计方案采用了火焰分割、燃料分级以及烟气再循环等多种技术，实现了低温燃烧与火焰稳定这一对矛盾因素的统一。同时燃烧器拟采用软测量值目标反馈控制技术，该项技术可根据燃烧器的负荷变化实现对燃烧效率、NOx排放的动态优化，或将在燃气锅炉燃烧控制技术上实现突破，以期解决中小型燃气锅炉由于成本过高而无NOx控制、大型燃气锅炉过程控制成本过高的问题。该项目目前正在加紧进行样机的制造，清华大学热能工程系对设计方案的NOx初步模拟结果在40mg/m3以下，由于模拟结果的不确定性可能会有30%左右的误差，后续需要进行台架试验对初设设计方案进行试验验证和优化调整。

篇6：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

我国电站锅炉主要为燃煤锅炉,煤燃烧会产生很多污染物,主要有烟尘、SO2和NOx等,经过多年的发展,烟尘和SO2的排放已经得到较好的控制,NOx已经日趋成为燃煤电厂锅炉最大的污染源。NOx的排放会造成温室效应、光化学烟雾、酸雨等一系列的环境危害,并直接危害到人体健康。在我国67%的NOx排放是由燃煤锅炉产生的,并主要是由电站煤粉锅炉产生,为锅炉产生NOx的80%左右[1]。控制电站煤粉锅炉的NOx已经成为全社会的共识。现阶段电站锅炉的热效率一般在90%左右,大型电站锅炉热效率可达94%以上。在锅炉的各项热损失中,如果不发生缺氧的异常工况气体不完全燃烧损失很小,散热损失不可能从运行方面得到改善,灰渣显热损失所占比例较小,因此降低排烟热损失和固体不完全燃烧损失是提高锅炉热经济性的关键。

空气分级燃烧技术是降低锅炉NOx排放的重要手段,它成本较低,效果较好,同时在优化设计的过程中,也可有效的降低过量空气系数和飞灰含碳量,提高锅炉的热效率。本文以一台电站锅炉的改造实例来说明采用空气分级燃烧技术给节能减排带来的作用。

1 空气分级燃烧降低NOx排放提高效率的机理

燃烧过程中产生NOx主要有三个途径,热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。热力型NOx是在空气中的N2在高温条件下与O2化合而成,在温度小于1 600℃时,热力型NOx生成量很小,当温度达到1 600℃时,热力型NOx急剧增加,并随温度升高呈指数升高的变化规律,如图1所示。燃料型NOx是燃料中的N原子与氧结合生成NOx的前驱物,NOx的前驱物在过量空气系数为1的条件下燃料型NOx的生成量最大,过量空气系数大于或小于1,燃料型NOx的生成量分别随氧量的减小和增大而减小,如图2所示。快速型NOx是在富燃的环境中在火焰面内急剧生成,从氮的来源来看,它与热力型NOx相同,但反应机理与燃料型NOx相似,其产生量较小[3]。从氮氧化物的生成机理来看,在锅炉中主燃区的温度和过量空气系数是影响NOx的最主要的因素。为了兼顾到锅炉的热效率,降低其排烟热损失,我们应选择在主燃区过量空气系数小于1的情况下来降低NOx的生成量,并增加燃尽风系统形成空气分级燃烧来降低飞灰含碳量,降低不完全燃烧损失。除了在炉膛纵向方向的空气分级燃烧外,在炉膛的切向方向,二次风相对于一次风偏置一定的角度,形成炉膛切向方向上的空气分级燃烧,进一步的降低NOx的生成量。

2 空气分级燃烧在电站锅炉上应用的实例

2.1 锅炉概况

某热电厂的锅炉为哈尔滨锅炉有限公司生产的HG-480/13.7-YM16型单汽包自然循环超高压一次中间再热固态排渣煤粉炉,Ⅱ型露天煤粉炉,与上海汽轮机厂生产的N13.7-13.2/535/535型汽轮发电机配套。汽包中心标高47.5 m,布置于炉前。锅炉前部为炉膛,四周布满膜式水冷壁,炉膛上部布置前屏过热器,炉膛出口处布置后屏过热器(再热器热段)水平烟道内设有一级对流过热器(末级过热器)和一级对流再热器(再热器热段),水平烟道转向室和尾部前、后侧墙均采用膜式管屏包敷。并由中间隔墙使尾部烟道形成双烟道,前烟道布置有再热器冷段、后烟道布置有低温过热器,低温过热器下布置有省煤器,尾部竖井内布置有回转式空气预热器。

锅炉炉膛标高为44 m,燃烧器为正四角切圆布置,切圆方向为逆时针,假想切圆直径为Φ814 mm,燃烧器为直流燃烧器,每个角有四层燃烧器,两层燃尽风和一层三次风。燃烧器采用四角切向布置直流式燃烧器,制粉系统采用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉,负压炉膛。锅炉过热器采用两级减温。再热汽温主要采用烟道挡板调温,事故喷水仅作为微调和非正常工况时的紧急降温调节措施。锅炉主要设计参数如表1所示。

锅炉运行中存在的问题主要有:(1)在满负荷运行时,全年NOx排放浓度换算到6%氧量下平均为520 mg/Nm3,超过国家和地方关于NOx排放量的规定。(2)飞灰含碳量较高,全年平均达到2.5%,较大的不完全燃烧损失,影响了锅炉运行的经济性。(3)炉膛结焦严重,影响到水冷壁的传热和锅炉运行的经济性和安全性。

2.2 改造内容

2.2.1 燃烧系统改造

主风箱空间被压缩,主风箱的部分喷口和三次风的喷口位置发生变化,三次风的标高降低了2 m,在上层燃烧器之上。顶部的燃尽风喷口去掉一个,保留另外一个并置于三次风喷口之上。3～8层喷口分别下移100～400 mm,而1～2层喷口保持原位置不变,并根据喷口截面积的变化对风门和风门的挡板尺寸进行了修改,以适应增加了SOFA(分离式燃尽风)系统而引起的主风箱的风量变化,改善了风量的控制能力,也提高了风量控制的精确度。风箱改造前后的变化如图3所示。

在炉膛周围四侧水冷壁上安装分离式燃尽风系统,燃尽风喷口的安装位置在炉膛标高25 m的位置,位于被压缩主风箱上方7 m。燃尽风喷口采用材质为不锈钢专门设计的喷嘴,每侧水冷壁上安装两个,共有8个风口/喷嘴。开孔位置离另一侧近墙的距离为1 m,具体的尺寸和开孔位置如图3所示。分离式燃尽风的布置方式如图4所示。

改造后,SOFA风的风量占二次风风量的30%,主燃烧区二次风风量减小,总的空气量不变。主风箱的二次风喷口尺寸也发生变化,以保证炉膛到风室的压差保持不变,使二次风以适当的速度射入炉膛,增加了分级燃烧的距离而不会减小煤粉在炉膛内的驻留时间。由于锅炉运行状态比较稳定,SOFA风喷口是固定的,并没有设计成摆动式的结构。

煤粉喷口前部加装了独特的波状均流装置,喷口截面积适当减小以保证合适的射入速度,在保证有足够的一次风刚度的前提下使煤粉与风混合均匀,也使风粉射流形成的火焰具有足够的充满度。这样才能在燃料与高温烟气的混合点,与燃煤粉析出的挥发分燃烧进而点燃煤粉,与此同时煤粉喷口周围的二次风以较高的风速裹卷煤粉气流补充燃烧所需的空气。如图5所示。当前的点火、测温、及风门驱动部分仍将继续使用。

二次风喷口的上半部分风量以偏移方式射入炉膛而下半部分风量以和一次风速度方向一致方向射入炉膛,偏移和直流射流在距喷口一定距离交汇会产生一定的相互扰动,其相对应的一次风被二次风的扰动气流所卷吸形成一个扇形面,扇面外缘的燃料和风混合进一步促进燃烧,此时扇形燃烧区是富燃料燃烧有利于抑制NOx的生成。

2.2.2 控制系统改造

SOFA风控制共有两个对开式风门分别控制炉左炉后侧和炉右炉前侧的SOFA喷口。在设计风门时已经考虑到一定的漏风率,可使喷口及管道在管板关闭时拥有充足的冷却风。由两个电动风门驱动,采用4-20 mA的控制指令及反馈信号,保证能在故障状态下保持在原来的位置。通往各侧的SOFA风量由热式流量计来测定并连接到集控室的DCS系统进行随时的监测和调节。还需要对过剩氧量、风箱压力、二次风挡板的位置和燃尽风挡板的位置与负荷进行联合监控和实时调节。增加SOFA的控制逻辑发生以下变化:(1)锅炉及风机出现故障时SOFA风门应完全打开;(2)新的吹扫允许逻辑之一是SOFA挡板必须是完全关闭的;(3)在锅炉负荷信号丢失,驱动控制电源或信号丢失的情况下,不允许用手动调节SOFA风门。

2.3 改造效果

改造完成以后,在满负荷的运行状态下,锅炉的NOx排放换算到6%氧量下平均为262 mg/Nm3,减排率达到约50%,空预器入口的氧量平均达到3.0,改造前平均为4.2,过量空气系数进一步减小,飞灰含碳量由平均2.5降低到1.74左右,折算锅炉热效率提高1.1%。同时,由于主燃烧区氧量减低,燃烧减弱,炉膛温度下降,结焦状况得到改善,结焦减少,安全性和经济性提高。改造前后锅炉运行的参数如表2所示。

经过改造,锅炉每年可减少排污费用约200万元,锅炉效率提高1.1%,按煤炭价格650元/t,年运行6 000小时来计算,每年预计可节约燃料费用300万元,合计每年节省500万元,此项目需投资600万元,1.2年即可收回成本,除了经济效益之外也会取得良好的社会效益。

3 结论

(1)空气分级燃烧技术对于大型电站锅炉降低NOx排放有着很好的效果,可达到50%的减排效果,是电站锅炉脱硝工程必不可少的第一步,它能为后期的SCR的应用节省大量的建设成本和运行成本。

(2)通过空气分级燃烧系统的优化设计,飞灰含碳量降低,炉膛结焦量减小,在提高燃烧效率的同时还降低了过量空气系数,使锅炉热效率提高,本例中通过降低排烟热损失和不完全燃烧损失,锅炉效率提高1.1%,大大降低电厂的运行成本。

(3)空气分级燃烧技术对于大型电站锅炉的节能减排方面有着很好的作用,而且投资小,运行费用低,投资回收快,是目前新建锅炉和在用锅炉改造首选的技术之一。

参考文献

[1]任俊清.工业锅炉氮氧化物的形成及降低措施[J].山西建筑,2004.30(7):125-126.

[2]马保国,李相国,胡贞武,等.煤燃烧过程中NOx的形成及控制技术[J].武汉理工大学学报,2004.26(4):33-35.

[3]钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社,2002,284-287.

篇7：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

关键词：电厂节能减排；自动化技术；运用

煤炭资源不足制约了我国电力企业发展，要解决这一问题，节能是关键。人们的生活水平逐渐提高，其对环境具有更高的要求，因此企业走向绿色、低碳生产方式是企业发展的根本目标。火电厂的污染严重，始终是节能减排的主要对象。而自动化技术在电厂节能中的应用主要体现为自动一体化系统的运用、生产自动化与管理信息化的结合以及节能产品的应用。下文我们将从这三个方面进行分析。

一、自动一体化系统的运用

实现企业的信息化和自动化是其发展的最终目标，要实现这一点，技术的革新是关键。电力企业虽然是传统行业，但自动化技术的运用仍然能够提高其运行效率，实现节能减排，满足企业社会发展需求。火电厂在发电过程的主要原料是煤炭，其自动化系统的运行主要以节能减排为主。过程自动化系统是电力企业一体化系统的主要表现形式，其由过程控制层、经营规划层和制造执行层共同组成。这要求电力企业在发电过程中应逐渐提高工艺技术，并且购进先进的设备，以建立全过程的自动化运行系统。

工业自身具有耗能高、污染严重的特点，火电厂更是重中之重。因此，在企业中采用节能减排的控制装置和高度优化的系统，实现高端工业自动化是企业生产的目标，是电力企业产业化进程中的重要步骤。目前，火电厂的自动一体化系统和相关技术主要表现为：固体废物焚烧的最优控制技术，除尘与脱硫优化技术以及分离和控制技术。其中，无论何种模式的自动化系统，其主要目的是为了实现发电过程的节能减排。

二、生产自动化与管理信息化的应用

工业控制自动化技术是指由自动化的硬件、软件以及自动化系统构成的信息处理技术。工业生产自动化基于控制理论，并以计算机为依托，对发电企业的生产过程进行监测和分析，从而促进其产品质量的提高。通过检测、优化、调度和管理等一系列的措施，实现企业的节能减排，因此我们说工业控制自动化技术是一项具有综合特征的技术。隨着计算机技术和网络系统的先进化，工业自动化逐步实现，在火电厂中出现了先进的检测器，单片机技术，使工业质量控制和信息管理实现了无线化，提高了管理效率。我国自动化生产中存在着重技术、轻管理的问题，使得企业管理信息始终落后于生产信息，出现一系列的管理矛盾，责任划分不明确，人机一体化并未充分体现。而要维持火电厂的可持续发展，实现企业的生产自动化与管理信息化生产有机结合是其必然途径。

三、节能产品的应用

火力发电厂的主要原料是煤炭，其自身具有污染大的特点。要从根本上改变这一问题，应从开发节能减排产品为主，减少煤炭的使用，合理利用新开发能源，改变发电形式是企业生产的重点。现代企业的节能产品开发主要表现为以下几个方面。

第一：企业节能产品的生产应与国际接轨，将国外先进的产品和技术引入国内。将煤炭发电技术转化为其它发电技术，在发电过程中采用多种节能技术。

其次：利用微电脑技术设计电子跟踪检测技术、电子安全保护技术和移相控制技术等电子技术利用一系列的技术来提高电机输出功率，使其同负载功率的需求保持一致，从根本上实现节能减排。

另外：在火电厂节能减排的过程中，逐渐出现了ABB节能技术、AFE等技术。其主要目的在于利用先进的技术开发可再生资源或污染小的新能源，并利用自动化控制系统进行信息和产品的管理，从而促进可再生能源的生产、存储和运输以及应用效率的提高。

四、总结

我国发电企业以火电厂为主，其主要资源为煤炭。由于煤炭自身具有污染大的特点，因此实现节能减排是发电企业的重要目标之一。针对社会需求和国家相关政策，要求我国火电厂引进先进的节能减排技术，满足环保、节能等要求。针对我国当前火电厂机组能耗情况以及国家相关部门对火电厂节能、环保方面提出的要求，节能减排是电厂发展的关键。（作者单位：海南师范大学）

参考文献：

[1]任继德.自动化技术在电厂节能减排中的应用研究[J].中国科技信息，2014（17）.

[2]杨永明.自动化技术在电厂节能减排中的应用与研究[J].中国高新技术企业，2011（33）.

篇8：锅炉低氮燃烧技术分析及应用

改革开放以来,随着经济社会不断发展,对于能源消费需求也在不断增加。但氮能源在燃烧过程中会加大NOx的排放量,严重影响环境和人类健康,影响中国国民经济的可持续发展,因此需要严格控制NOx的排放量,以促进国民经济发展,提高中国环境质量。低氮燃烧技术作为控制NOx排放量的重要环节,已经广泛应用到相关能源行业当中。低氮燃烧技术的主要技术措施是改善燃烧条件,在抑制NOx生成的同时促进燃料完全燃烧。研究表明,目前使用较多的低氮燃烧技术有空气分级技术、燃料分级技术、烟气再循环技术。随着NOx排放量不断上升,对环境的污染也愈加严重,抑制NOx的上升是当今环境保护最重要的任务[1]。低氮燃煤技术具有投资较低、使用效果良好的优点,最重要的是低NOx燃烧器与空气分级燃烧的联合使用,降低了NOx的产生。由于国内低氮燃烧领域最主要还是依靠改造实施的,其中在设计领域中存在一系列问题,比如模型较为简单、试验过程不完备等,使得这些技术无法成为制造标准,影响了技术商业化运作的发展。

1 锅炉氮氧化物的生成机理

锅炉燃料燃烧排放的NOx主要包括NO、NO2、N2O,其中NO占90%以上,NO2仅占2%~10%,N2O占1%,这是由于生成NO在低温的情况下会被氧化生成NO2。在锅炉中NO的生成机理一般分为三种:热力型、燃烧型、快速型。

1.1 热力型

热力型NOx是指燃烧时空气中的N在高温下氧化产生,在锅炉中经过燃烧生成NOx,在这个过程中产生的一种连锁现象[2]。温度是影响空气中N、O化转为NOx的主要因素。反应温度的升高,反应速度以指数规律而增加。随着温度的降低,产生的NO就越少,当温度升到1 500℃以上,温度每增加100℃,反应速率增大约6倍~7倍。

1.2 燃烧型

燃烧型NOx是燃料本身的氮化物通过在锅炉内的燃烧被氧化而形成的。由于燃料中氮化合物的热分解温度在600℃~800℃之间,并在过程中生成燃料性NOx。在这个过程中,首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、氰化物、氰化氢等中间产物集团,然后在氧化而形成了NOx。煤的燃烧过程由两个阶段组成,分别为挥发份燃烧与焦炭燃烧,因此,燃料型NOx的形成与这两个部分有着很大关联。

1.3 快速型

快速型NOx是指在燃料过浓时,在氮氧化合物燃料反应区周围会快速生成NOx[3]。由于燃料挥发物中碳氢化合物经过高温分解会生成碳氢自由基,它与空气中N2反应生成氰化氢和N2,然后再与O2产生作用,以快速的方式生成NOx,其生产时间只需60 ms,生成量与炉膛压力呈正比,温度相比之下没有太大变化。

由以上分析可知燃料性氮氧化合物是NOx的主要来源,热力型和快速型仅占小部分。根据以上生成机理,锅炉NOx的生成及去除主要取决于:a)煤的特性。包括煤的含氮量,挥发份含量;b)燃烧温度;c)炉膛反应区内烟气中O2、N2及煤的含氮量,燃料与空气之间的混合比;d)停留时间,主要是燃料、空气及燃烧产物在温度较高的火焰区和炉膛内的停留时间。

2 低氮燃烧技术的应用

低氮燃烧技术主要是在改变燃烧条件的基础控制NOx的生成,或将已经生成的NOx降低到最少。低氮燃烧技术有很多种,其中包括低过量空气技术、燃料分级技术、空气分级技术、烟气再循环技术等。

2.1 低过量空气技术

NOx主要是由于炉内的空气量不断增加而产生的,根据这一特点,在锅炉内采用低空气过量系数运行,不仅有效降低NOx的产生量,而且,也降低了锅炉内热造成的损失,提高锅炉热效率。但是这种方式有可能导致CO、碳氢化合物和炭黑污染物的增加,从而降低燃烧效率。所以,在确定空气过剩时,应满足锅炉热效率、燃烧效率及降低NOx等需求。

2.2 燃烧分级技术

燃料分级技术是在两段燃烧装置中,进行燃烧时与理论空气相接近的状态下。燃料所需的空气分两次通入,也就是所说的两段燃烧[4]。第一次通入的空气一般占空气量的5%~10%左右,燃烧在富燃料缺氧的情况下在进行,形成较低的燃烧区域,燃料的表层温度下降,从而使NOx的生成也有所降低,同时燃料析出的挥发分还原低氧燃烧区的NOx。第二段是在温度比较低的区域将剩余的空气进行送入,使第一次剩余的不完全燃烧产物全部燃烧,其中有CO、碳氢化合物。在进行两次空气供入后,虽然O2过剩,但是由于烟气温度的降低而抑制了NOx的大量生成。进行两次燃烧,有效抑制了在高温氧条件下燃烧而产生的NOx的生产量,从而达到降低NOx产量的效果。为了确保不完全燃烧产物能够燃烧完全,需要在再燃区设置燃尽风喷口。

2.3 空气分级技术

通过空气的分级技术降低燃料点火区的O2浓度,使点火区产生的挥发分更好的和NOx进行还原反应,从而降低NOx的排放,在主燃区充分的供O2量可以使燃料得到充分燃烧。

空气分级燃烧技术又分水平方向和垂直方向燃烧技术,它们之间相互作用,彼此关联。a)水平方向空气分级技术。该燃烧方式是与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧,它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。该技术不但可以使主燃区处于还原性气氛从而减少NOx的排放量,还可使炉墙附近处于氧化性气氛,因此可以避免水冷壁的高温腐蚀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;b)垂直方向上空气分级技术。将燃料所需的空气分成两部分送入炉膛:一部分为主二次风,约占总二次风量70%~85%;另一部分为燃尽风,约占总二次风量的15%~30%。因此,炉内的燃烧分成三个区域,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。

2.4 烟气再循环利用技术

减少NOx生成的有效方法是对烟气进行再循环利用。烟气再循环利用技术原理是将部分冷却的烟气循环利用,再次送入到燃烧区,其效果为降低了O2浓度,提高主燃区的温度,达到降低NO生成,同时提高高热效率的目的,烟气循环率一般在5%~20%的之内较为合适,此时减少NOx生成的效果最好。

3 低氮技术存在的问题

低氮燃烧技术是简单、经济合理的一种方法,其应用范围也越来越广泛。在燃煤过程中产生的多数污染物中,可以通过改进燃烧方式来降低其排放气体污染物的就是NOx。但是在实际应用时,还是会存在着一定问题:

a)随着二段空气量的增大,会增加对不完全燃烧的损失,实际二段空气量约为空气总量15%~20%;

b)温度过低、O2量过低的现象会导致对锅炉的燃烧效率产生影响,在不提高燃料细度的情况下,会增加飞灰可燃物的产生;在燃烧器区域缺氧燃烧对增加炉膛壁面附近的CO含量,这样会腐蚀水冷壁管的金属;

c)为了达到降低燃烧温度与延迟燃烧时间的目的,在一定情况下会使着火稳定性有所降低,同时会导致锅炉低负荷燃烧稳定性降低。

4 结语

随着时代发展,中国的科学技术逐渐成迈入先进的行列,并有的项目赶超了外国先进技术,同时人民群众的环保意识逐步增强,中国也开始颁布严格的NOx排放标准,各大燃烧能源的企业的主要问题是如何有效降低锅炉烟气中的NOx含量。经过国内外科学技术的研究,低氮燃烧技术能够有效减少NOx的排放,并且此技术已经得到了很好地应用。但在低氮燃烧领域,国内存在的主要的问题就是在独立知识产权方面缺乏与之相关的产品,因此如何完善相关技术,形成成熟的技术,并将该技术运用到实际的生产中是将来需要解决的问题。

摘要：通过分析NOx的生成机理,阐述低氮燃烧技术的应用情况及低氮燃烧技术存在的问题,以期控制NOx的排放量,以促进国民经济发展,提高中国环境质量。

关键词：低氮燃烧技术,应用,锅炉

参考文献

[1]王振明.电站锅炉低氮燃烧技术及其应用[C]//中国电力企业联合会科技开发服务中心、全国发电机组技术协作会.全国第八届电站锅炉专业技术交流年会论文集.北京:中国电力企业联合会科技开发服务中心、全国发电机组技术协作会,2013:5.

[2]梁春寿.低氮燃烧技术在1 080 t/h燃煤锅炉上的应用[C]//中国金属学会.2014年全国冶金能源环保生产技术会文集.北京:中国金属学会,2014:5.

[3]高商牛.低氮燃烧技术在煤粉锅炉上的应用[J].石油化工技术与经济,2010(5):45-49.

篇9：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

关键词：CFB 锅炉专家系统 低氮燃烧 NOx

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（c）-0011-01

唐山三友热电有限公司位于唐山南堡经济技术开发区内，所属区域是以盐化工工业为主的化工城区，现有人口约3.5万人，已有相应的商业服务网点、文化、邮政、银行、教育、医疗、交通设施，是南堡地区的政治、经济、科学、教育中心。氮氧化物（NOx）是形成大气污染的一大因素，也是导致酸雨.化学烟雾的关键因素。对于所属地区的经济.身体健康都会造成很大的伤害。

唐山三友热电有限责任公司具有240 t/h中温分离循环流化床锅炉三台，采用二运一备生产运行方式，年耗标煤约50万t，年NOx排放约1300 t。锅炉投运以来，采用手操DCS控制调节，不能很好的适应工况变化，燃烧系统不能满足低氮燃烧要求，NOx排放量300 mg/Nm3以上，对周边环境影响较大。

为解决循环流化床锅炉抑制NOx生成的方法，针对本公司中温分离循环流化床锅炉特性、实际运行工况及设备结构，结合流化床锅炉专家系统控制策略，在1-3#锅炉经行研发和燃烧优化试验，并取得满意效果，NOx生成得到抑制，排放指标达到100mg/Nm3以下。

1 锅炉结构及参数

CFB锅炉型号为XD-240/9.8-M中温分离、高温高压自然循环锅炉。锅炉机组采用二台称重给煤机由前侧送入后墙与返料混合后进入炉内燃烧，一次风系统采用一台离心风机经二级空预器送入一次风室，二次风系统采用一台离心风机经二级空预器送入前后墙上下二次风系统。

2 锅炉燃烧特性分析

NOx主要通过三种路径形成：热力型、快速性、燃料型。

热力氮氧化物的形成主要取決与燃烧温度，并随燃烧区域温度的增加，NOx随之增加。快速性氮氧化物的形成主要是空气中的氮和燃用气体燃料中CH、HCN结合快速生成NOx.燃料型氮氧化物是煤燃烧时产生NOx主要来源，约占75%～90%，即挥发份氮和焦炭氮，在煤燃烧初期，挥发份大量析出，氮的化合物迅速被进入的大量氧气氧化，生成HCN等中间产物。然后，进一步转化为NO，这个区域NO浓度最高，NQ的形成主要取决与燃料与空气比，挥发份氮路径生成的NOx约占75%。

3 锅炉燃烧NOx抑制优化实验

2012年，随国家环保锅炉烟气排放标准的提高，公司组织对流化床锅炉进行初步氮氧化物抑制试验。实验主要依据：降低密相区风量、控制密相区床温，增加稀相区风量与风速、降低稀相区温度场，引用锅炉专家系统优化控制策略。

中温分离循环流化床锅炉，相对高温分离循环流化床锅炉返料温度低450 ℃，返料量采用变频调节，对密相区床温得到有效控制，为降低一次风量，使燃料着火密相区形成富煤贫氧燃烧，抑制NOx生成创造了条件。为保证流化床锅炉良好流化条件，对原破碎系统筛板易变性、漏煤、粒度不均问题，重新设计筛板孔径和支撑部位结构，保证破碎颗粒均匀度在10%以内。

原冷态流化风量试验在渣层800 mm，流化风量130000 Nm3/h，锅炉床压5.0 kPa、风室压力13 kPa；技术开发组，针对原煤颗粒粒度规划与管控，降低渣层600 mm，冷态流化风量降至100000 Nm3/h，保证给煤均匀，流化正常。锅炉运行燃烧调整，采用手动DCS调节，尾部烟气NOx跟踪测量；在锅炉氧量、负压、给煤、风量、床温控制调解中，对锅炉烟气NOx的生成影响较大，变化幅度宽。随着一次风量降低NOx随之下降，当一次风量降低110000 m3/h时，N基团与O2反应机会得到控制，有效降低NOx生成量，NOx得到较好抑制。

如何控制稀相区燃烧环境，改善NOx的抑制手段，我们把二次风分为下二次风和上二次风（三次风），下二次风口布置在床面4 m高区域，前后墙对冲，是密相区和稀相区结合点。上二次风（三次风）口布置在下二次风4.5 m高区域，前后墙对冲，是燃尽阶段的主要供给风量。上下二次风风口采用小喷嘴沿炉墙宽度水平多孔布置形式，将二次风提到一个很高的速度，使得二次风具有很强的穿透能力，与高温烟气充分混合，均衡区域温度场，控制燃烧区域温度，有效抑制NOx生成。

根据循环流化床锅炉燃料燃烧机理，床面一次风流化区和下二次风区作为主燃烧区，是燃煤加热、挥发分析出、分级破碎、着火燃烧的主要区域，为使挥发分氮的转化得到抑制，改变燃煤和空气比，在降低一次风量的同时，减少下二次风份额，实验表明效果可行。上二次风区（三次风）在稀相区很高的温度下进行高氧浓度/贫燃料燃烧，容易产生大量NOx。主要抑制手段通过增大上二次风风量与风速、拆除稀相区上部位区域1 m水冷壁耐磨砖，降低稀相区燃烧温度场至850℃，来改变N、O反应机理条件，而达到较少NOx生成。经过分区调整实验，在确定一次流化风量100000 m3/h，下二次风与上二次风（三次风）风量分配比为1∶1.6，并实施总二次风量氧量调节控制模式。

锅炉原使用北京中昊ABB的DCS系统，该系统除给水、主汽温度外，始终未实现锅炉全方位自动调节的组态。经过调研和开发，采用WYDE2000循环流化床锅炉专家系统实施燃烧节能自动控制实验，消除人工操作造成的滞后性、不精确性和不稳定性，降低吨汽标煤耗煤量，实现节能减排。蒸汽母管压力调节与给煤调节；床温自动控制；氧量及二、三次风自动控制；炉膛负压自动控制；床压排渣自动控制。通过单炉出口压力调节8.8 MPa，达到均匀控制给煤量，实现锅炉运行稳定，协调总压力调节，有效抑制NOx的生成和波动。当多台炉同时运行，母管压力协调程序可以调节锅炉之间的负荷关系。通过强制单炉状态断开母管压力协调，实现单炉独立控制。

4 结语

唐山三友热电有限责任公司，通过中温分离循环流化床锅炉实施燃烧系统技术开发和锅炉专家自动控制系统引用优化控制，已实现三台循环流化床锅炉低氮燃烧状态下无故障连续运行。目前，三台循环流化床锅炉烟气NOx排放均控制在100 mg/Nm3内，改善了当地的大气环境质量，对循环流化床锅炉如何抑制NOx的生成具有可观的应用前景。

参考文献

[1]杨建华.循环流化床锅炉设备及运行[M].中国电力出版社，2010.

[2]赵红伦，张燕飞.循环流化床锅炉高效低氮燃烧一体化技术[OL].

篇10：低氮燃烧技术在锅炉节能减排中的运用论文

天津军粮城发电有限公司200MW燃煤发电机组, 配套锅炉为武汉锅炉厂生产的WGZ670/13.72-I型超高压、一次中间再热、自然循环、固态排渣、单炉膛, 平衡通风、中储式制粉系统、负压燃烧、露天呈Π型布置, 全钢构架悬吊结构的煤粉锅炉如图1。锅炉燃烧方式采用四角切圆, 并配有两台钢球磨, 中间仓储式温风送粉的系统。

该机组锅炉目前在用的燃烧器是按山西混煤设计, 燃烧室四角布置了四组直流式煤粉燃烧器, 为四角双切园式燃烧, 其切园直径分别为Φ792和Φ542, 逆时方向针旋转。

燃烧器中心标高为18140mm, 每组燃烧器分别装置了一、二、三次风喷口, 三次风喷口布置于上组燃烧器上部。每个燃烧器沿高度可分为上、下两组, 每组各有两层一次风喷口, 一、二次风相间布置, 上组燃烧器上方布置有两层三次风喷口, 三次风口的倾角可在冷态时做适当调整, 可作整定汽温的辅助手段。

煤质特性:燃用山西混煤 (烟煤) 煤质分析报告。设计煤种特性如表2。

2改造背景

随着国家环保部门对电力污染治理要求的不断提高, 到2014年必须完成所属机组200MW以上现役燃煤发电机组烟气脱硝项目, 并确保综合脱硝率达到70%以上。另外新的国家标准《火电厂大气污染物排放标准》即将发布:自2014年7月1日起, 重点一类地区的火力发电锅炉氮氧化物 (NOx) 排放为100 mg/Nm3 (干态, 6%氧量) 。

根据2013年1月对该机组锅炉性能试验结果, 在210MW、190MW、170MW、150MW、130MW负荷下, 修正到过量空气系数为1.4时, NOx的质量排放浓度为603mg/Nm3、729mg/Nm3、841mg/Nm3、937mg/Nm3、1026mg/Nm3, 严重高于国家新标准。

天津军粮城发电有限公司地处京津唐重点一类区域, 必须进行脱硝改造, 为配合脱硝改造有效降低脱硝装置建设造价, 同时降低脱硝装置入口氮氧化合物浓度进而降低脱硝装置运行成本, 进行低氮燃烧器改造已成为当务之急。

3 改造思路与方案

3.1 改造思路

在确保锅炉安全、可靠、经济运行及原设备尽可能利老旧设备的前提下, 将现有燃烧系统进行整体优化改造, 现有燃烧器层的层高及布置重新调整, 同时对三次风的布置及进入炉膛的方式和等离子燃烧器布置的优化。综合利用分级燃烧、浓淡燃烧等低NOx燃烧技术实现机组NOx排放量的大幅降低, 同时不会造成锅炉效率的降低。

根据该机组近三年常用煤质特性, 设计匹配的分级送风的配风方式, 实现燃料的分级燃烧, 并能够组织合理、稳定的燃烧流场, 降低炉内温度水平, 减少NOx排放量。

将现有燃烧器换成低氮燃烧器, 实现浓淡燃烧, 进一步减少NOx生成量, 同时增强燃烧稳定性, 同时对锅炉各个受热面传热进行校核计算, 确保能降低再热减温水量, 不降低锅炉热效率。

燃烧器器整体改造之后, 额定负荷下NOx排放量应降到350mg/Nm3 (标态、O2=6%) 以下, 以降低后期脱硝系统改造的投资及日常运行成本。改造后燃烧系统要有较宽泛的煤种适应性, 机组在额定负荷下运行时再热减温水量必须控制在5t/h以内, 保证机组运行经济性, 改造不能降低机组热效率。

同时依据表2、3给出了设计煤种与常用煤种的煤质分析可知:易着火、易燃尽, 结渣偏轻, 但含硫量偏高。在一般情况下, 锅炉燃用高硫煤本身就容易出现炉膛高温腐蚀和结渣, 如果进行低NOx改造, 因燃烧器区域氧量的减少, 则更容易出现炉膛高温腐蚀和结渣。因此除考虑降低NOx排放外, 要特别采取措施防止炉膛水冷壁的高温腐蚀和结渣, 同时兼顾考虑锅炉的稳燃及燃烬。

3.2 改造方案

采用的多空气分级低NOx燃烧技术, 主要方式为:在主燃烧区送入全部一次风和三次风和部分煤粉完全燃烧所需要的二次风, 在二次风上方一定的距离送入剩余的分离顶部燃尽风 (LSO-FA+HSOFA) , 在炉膛垂直方向实现空气分级燃烧;同时一次风采用水平浓淡技术, 以及部分二次风与一次风气流偏置形成贴壁风, 在炉膛水平方向也形成空气分级燃烧。这样就在挥发氮物质形成的非常关键的早期燃烧阶段将主燃烧器区域的过量空气系数降低, 在整个炉膛内实现空气分级燃烧和局部区域空气分级燃烧, 在初始的富燃料欠氧条件下促使挥发氮物质转化成N2, 从而达到总的NOx生成量的减少。低氮燃烧技术的关键主要在如下三点:主燃烧器区域的过量空气系数的选择、SOFA离主燃烧器区域的距离和各二次风喷嘴的风量配比。

针对该机组的特点和实际燃用煤种的特性, 采用先进和成熟的多空气分级低NOx燃烧技术, 对现有燃烧器进行整体综合改造, 具体改造方案如下。

3.2.1 在主燃烧器上方增加两组SOFA燃烧器, 具体如表6。

主燃烧器上部三次风多余风量约为13%总风量, 主燃烧器上方标高24.69m处布置LSOFA (13%总风量) , 标高27.69 m处布置HSOFA (13%总风量) , 沿炉膛高度方向形成四级分级送风, 分级燃烧, 可大大减少NOx的生成, 如图3。

SOFA燃烧器喷嘴可以垂直方向上下手动摆动±30°, 同时可以水平方向手动摆动±15°;每个喷嘴均有调节风门挡板对喷嘴的风量根据运行要求通过电动执行机构调节进行自动调节。SOFA喷嘴通过摆动机构控制, 可实现上下摆动, 也可手动左右摆动见图4, 既可起到在一定程度上调节NOx的排放量的作用, 也可调节炉膛出口烟温水平, 控制炉膛出口侧偏差烟温, 还可起到精确配风, 按需配风, 实现最佳燃烧的目的。

3.2.2 由锅炉两侧大风道引热风到四角SOFA燃烧器, 四角SOFA风道均布置流量测量装置, 保证四角风量均匀, 同时精确控制四角SOFA燃烧器总风量。

3.2.3 主燃烧器各层一次风、三次风、二次风标高及数量均相应调整。一次风喷嘴、风管需进行优化设计, 燃烧器依旧采用四角布置切向燃烧、喷嘴固定式直流浓淡燃烧器, 假想切圆的直径为Φ542mm和Φ792mm不变, 逆时针旋转。主燃烧器下两层一次风标高不变, 上两层一次风标高降低500mm, 下三层二次风标高不变, 上三层二次风标高下降500mm (取消中间的二次风, 改为三次风, 标高同时下降300mm) , 原布置的下层三次风标高下降500mm (同时下倾10°) , 原布置的上层三次风改至中间二次风处。一次风喷嘴、风管进行优化设计;因增设了SOFA风, 每个二次风喷嘴的风量均进行了调整, 二次风喷嘴也进行了重新设计, 其中第5、6层二次风设计为水平偏置贴壁风口, 其他层为普通喷口;重新设计一次风粉管, 采用百叶窗浓淡技术, 改造相应的煤粉管道。增加了最上排一次风到屏底的距离, 在一定程度上可弥补低氮燃烧对飞灰的不利影响;同时在高负荷运行时, 更好的控制过热及再热汽温, 减少喷水量。因增设了SOFA风, 每个二次风喷嘴的风量均进行了调整, 二次风喷嘴需进行重新设计;重新设计一次风粉管, 采用水平浓淡技术, 改造相应的煤粉管道。

采用水平浓淡燃烧技术将煤粉分成了浓淡两股煤粉气流, 优化一次风燃烧器, 调整导流叶片角度, 加大叶片与钝体间距, 平衡浓淡燃烧器风速如图5。浓煤粉位于向火侧, 淡煤粉位于背火侧, 一次风喷嘴四周还布置有周界风, 可形成“风包粉”, 既可防止煤粉气流刷墙或贴壁, 也提高水冷壁区域的氧化性气氛, 均有利于防止高温腐蚀和结渣。浓、淡煤粉间设有垂直钝体, 使浓淡一次风之间5°的夹角, 既可起到卷吸高温烟气的作用, 也可推迟浓淡一次风的混合。既有利于着火稳燃, 又可确保水平浓淡燃烧, 减少NOx的生成。浓煤粉中布置水平稳燃齿, 增强喷嘴附近高温烟气卷吸能力 (提高温度) 和煤粉气流在喷嘴附近扰动 (增加停留时间) , 利于煤粉的着火与稳燃如图6。无论是浓侧还是淡侧都形成了偏离化学当量燃烧, 即在炉膛水平方向形成燃料和风量的分级燃烧, 也可在一定程度上减少NOx的生成。

3.2.4 重新优化设计并更换所有主燃烧器的二次风喷口, 因增设SOFA二次风, 主燃烧器的每个二次风喷嘴的风量均需进行调整。

3.2.5 主燃烧器一次风上下布置水平偏置贴壁二次风, 在主燃烧器一次风上下布置了贴壁二次风, 如图3, 不仅可提高炉膛高温燃烧区域水冷壁附近的氧量, 有利于防止炉膛的结焦和高温腐蚀, 而且也在炉膛水平方向形成分级送风, 也一定程度上可减少NOx的生成。

3.2.6 最上层三次风移到主燃烧器中部, 增加周界风和风门, 喷口采用一次风喷口形式加装周界风, 具有垂直钝体和稳燃齿, 风速降低至40m/s, 改造相应管道。由于三次风带粉量达到10%~15%, 将其下移至主燃烧区域中部偏下200mm, 有利于三次风燃烬, 可有效降低锅炉出口飞灰含碳量。原下层三次风布置下移500mm, 喷口固定向下倾斜10°, 将燃烧火焰中心压低, 顶部三次风采用50m/s的设计风速, 为延长煤粉气流的停留时间 (提高燃尽率) , 增加燃料氮的还原时间 (降低氮氧化物的生成) 均有利。

3.2.7 燃烧器改造设计参数见表7。

3.2.8 燃烧器改造后沿炉膛高度过量空气系数分布图, 如图9。

4 改造工程规模

4.1 拆除原燃烧器及安装燃尽风喷嘴处和引出风管处风箱的保温。

4.2定位割管、安装SOFA燃烧区水冷壁让管, 并进行100%探伤。

4.3安装主燃烧器及SOFA燃烧器, 静态下燃烧器组安装角度测试定位安装, 刚性梁支吊装置固定回装, 主燃烧器与水冷壁鳍片焊接并与主梁完成安装恒力吊架, 一次风管到完成连接安装。

4.4 新的SOFA风道、二次风道、周界风道安装含支吊架、风门、膨胀节等。

4.5 安装风门执行机构, 连接动力及控制电缆。各部二次风门、周界风门、SOFA风门、SOFA摆角执行机构校对。

4.6 炉内喷嘴处打耐火混凝土, 燃烧器、风道及煤粉管道做保温。

4.7 冷态调试锅炉冷态通风及空气动力场试验等。

5 改造效果

根据改造后现场实际运行情况, 完成了低氮燃烧器改造后的热态验证, 试验结果表明, 经过一系列的优化设计与改造, 锅炉运行安全性得到了较大提高, 烟气NOx排放量有较大幅度下降, 过热、再热器温度调节手段得到了较好改善。

5.1 210MW工况下二次风门及SOFA风门不同配风方式的优化调整试验, 测试结果表明, 随着两层SOFA风门的逐渐开大, 主燃烧区域内二次风关小, 实测空预器出口烟气中NOx浓度有较大降幅度下降。

5.2甲、乙两套制粉系统煤粉细度的优化调整试验, 通过对粗粉分离器轴向挡板角度的调整, 煤粉细度R90值由原来的28%~30%降至20%~24%, 但煤粉均匀性指数变化不大, 锅炉飞灰可燃物含量降低了0.3%~0.4%左右。

5.3 210MW额定负荷下制粉系统不同投运方式的优化调整试验;测试结果表明, 双制粉运行工况采用低氮配风方式, NOx排放浓度比原始运行工况降低了40.98%;飞灰可燃物含量相比原始运行方式高1.0%左右;而在甲制粉系统和乙单制粉系统单独运行时, 实测的NOx排放浓度均能够达到保证值, 飞灰可燃物含量相对有一定幅度的改善。

5.4完成了170MW负荷下不同制粉系统投运方式的优化调整试验;测试结果表明, 锅炉双制粉系统运行, 燃烧器采用上三层 (B/C/D) 和下三层 (A/B/C) 两种投运方式下, NOx排放浓度比原始运行工况分别降低了37.4%和31.3%;甲制粉系统单独运行时, 改变燃烧器上述两种组合的运行方式, 实测空预器出口NOx排放浓度比原始运行工况分别降低了23.8%和28.3%;乙制粉系统单独运行工况下, 燃烧器采用两种不同的组合运行方式, 实测空预器出口NOx排放浓度比原始运行工况分别降低了47.4%和49.7%。

5.5 210MW负荷下锅炉接近最优燃烧状况的锅炉效率测试;测试结果表明, 锅炉采用分级燃烧方式后, 主燃烧区域由于缺氧燃烧使得煤粉燃尽程度变弱, 飞灰可燃物含量较改造前有所提升, 运行经济性相比改造前有所降低。

5.6锅炉50%负荷低负荷 (105MW) 下的稳燃试验和制粉系统不同投运方式的优化调整试验;结合现场运行实际情况, 该负荷下基本不采用双套制粉系统运行, 而且投运上两层 (C/D) 燃烧器;采用单套 (甲、乙) 制粉投运方式下, 锅炉能够安全稳定运行, 负压波动较小, 就地观测火焰明亮;甲、乙制粉系统分别单独运行, 调整为分级送风方式下实测空预器出口NOx排放浓度比原始运行工况分别降低了26.6%和31.5%。

5.7 NOx测试结果

图10为改造前、后氮氧化物排放量测试对比图。由图可见, 改造后氮氧化物排放量较改造前有明显下降。

改造后污染物排放测试结果见表8。

从表8可以看出, 在130MW、150MW、170MW、190MW1、190MW2、210MW六个负荷下排放量低于350mg/m3。本次低氮燃烧器改造起到了降低氮氧化物排放的效果。低氮燃烧改造后, 为了达到较低的氮氧化物排放, 采用分级配风燃烧方式, 造成主燃区缺氧燃烧, 一方面炉内温度水平降低影响煤粉燃尽率;另一方面主燃区为还原气氛, 反应物浓度降低其煤粉颗粒燃尽率必然降低。另外, 采取的配风方式造成主燃区缺氧环境, 易导致煤粉颗粒燃尽率下降, 进而飞灰含碳量有所上升。在常规运行阶段, 可以通过燃烧优化调整确定最合理配风, 找到飞灰可燃物含量与氮氧化物排放两个指标的平衡点, 达到最优、最经济运行工况。

6 结语

改造后氮氧化物排放浓度显著降低, 降幅在40%以上, 平均达到350 mg/m3以下, 改造后锅炉效率基本维持不变。总体来说, 该机组配套锅炉经过低氮燃烧技术的改造, 大幅度降低了NOx排放水平, 达到了预期的目的, 取得了明显的环保减排效益。同时, 也证实了低氮燃烧器加空气分级燃烧技术在燃煤电厂里运用能取得了良好成效。

参考文献

[1]张强.燃煤电站SCR烟气脱硝技术及工程应用.化学工业出版社, 2007, 7.