崔一芳

摘要：研究了采用煙氣循環(huán)技術(shù)和低氮燃燒技術(shù)對(duì)鍋爐煙氣氮氧化物脫除的影響。主要通過對(duì)兩種工藝的詳細(xì)分析和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)氮氧化物的脫除效率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在只應(yīng)用煙氣循環(huán)技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脫除率約為52%;在單一應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脫除率約為47%;同時(shí)應(yīng)用兩種方法，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脫除率約為61%;由此可見，同時(shí)應(yīng)用煙氣循環(huán)與低氮燃燒技術(shù)大大有益于鍋爐煙氣氮氧化物的降低。

關(guān)鍵詞：鍋爐;煙氣循環(huán);低氮燃燒;脫硝

唐鋼現(xiàn)有130t/h、75t/h發(fā)電鍋爐若干座，煙氣氮氧化物大約在190-230mg/m3之間，目前降低鍋爐煙氣氮氧化物的主要方法有煙氣再循環(huán)技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原法、催化分解法、生物處理、液體吸收等方法。為了降低鍋爐煙氣氮氧化物濃度，同時(shí)考慮改造成本與最終排放效果，認(rèn)為煙氣循環(huán)技術(shù)與低氮燃燒技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，分別應(yīng)用兩種技術(shù)進(jìn)行改造。

1. 背景

研究顯示，由氮元素和氧元素構(gòu)成的化合物幾乎都對(duì)人體有毒害作用，直接吸入會(huì)引發(fā)多種疾病，常見的有呼吸系統(tǒng)疾病和代謝性疾病。氮氧化物與紫外線結(jié)合產(chǎn)生光化學(xué)污染，可對(duì)人的眼睛造成灼傷，同時(shí)氮氧化物與水結(jié)合也會(huì)形成酸雨，對(duì)植被、土壤造成不同程度的破壞。

1.1 煙氣循環(huán)

鍋爐煙氣中所排放的氮氧化物絕大部分源于煤炭的燃燒，主要有一氧化氮和二氧化氮所組成，其中一氧化氮占比較大，約有90%，并且近年來鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物排放量不斷上升，對(duì)社會(huì)的危害性極大。

煙氣循環(huán)技術(shù)被廣泛采用，他主要是通過提取一部分通向空氣預(yù)熱器的煙氣，使得其在鍋爐爐內(nèi)再次燃燒，被第二次利用，利用惰性氣體能夠帶走一部分熱量的同時(shí)降低爐內(nèi)氧濃度，從而達(dá)到控制火焰的溫度，使其燃燒不至于太快，這樣可以一定程度上降低氮氧化物的產(chǎn)生。采用煙氣循環(huán)方式降低氮氧化物的方法效率很高，大約每回收五分之一左右的煙氣，氮氧化物排放量能夠降低四分之一左右。這是比較常用的降低氮氧化物的方法，不過其缺點(diǎn)是占地較大，需要獨(dú)立設(shè)備。

1.2 低氮燃燒

低氮燃燒技術(shù)是一種燃燒過程中的控制技術(shù)，包括空氣分級(jí)燃燒和燃料分級(jí)燃燒?？諝夥旨?jí)燃燒主要是將初始進(jìn)入爐膛的煤粉先在少量空氣中燃燒，以減少氧濃度有助于控制氮氧化物的生成，其余空氣由上方噴口送入爐膛，煤粉繼續(xù)燃燒。

低氮燃燒主要通過控制燃燒火焰溫度峰值、限制在火焰峰值區(qū)和反應(yīng)區(qū)內(nèi)氧氣含量、控制高溫區(qū)停留時(shí)間以及煙氣再循環(huán)等方法來減少氮氧化物的生成。

2. ?理論依據(jù)

2.1 ?煙氣循環(huán)

煙氣循環(huán)本質(zhì)是將在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣重新導(dǎo)入燃燒進(jìn)行燃燒區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化物濃度的控制，達(dá)到降低氮氧化物排放和節(jié)約能源的效果。

煙氣循環(huán)技術(shù)使得火焰區(qū)域的最高溫度得到了降低，進(jìn)而降低了NOx的形成。同時(shí)煙氣循環(huán)還降低了氧和氮的濃度，同樣起到了降低NOx的作用。煙氣循環(huán)技術(shù)中高溫?zé)煔鈱?duì)氧化劑和燃料起到預(yù)熱的作用，具有明顯節(jié)能效果。

2.2 ?低氮燃燒

低氮燃燒本質(zhì)為氮氧化物、氫氣、碳、一氧化碳、烴基等在一定條件下，發(fā)生反應(yīng)生成氮?dú)?。根?jù)這一特征，將80%～85%的燃料導(dǎo)入到一級(jí)主燃燒區(qū)，燃料在主燃區(qū)充分燃燒，生成NOx。

余下的少量約15%～20%左右燃料送入二級(jí)再燃燒區(qū)，再燃區(qū)過量空氣系數(shù)α<1，具有強(qiáng)還原性氣氛，在一級(jí)主燃區(qū)生成的NOx被還原，同時(shí)抑制新NOx的生成，之后將這兩部分氣體混合，反應(yīng)生成氮?dú)狻?/p>

這種方法效率非常高，一次反應(yīng)可以使排放量降低一半左右，且可通過反應(yīng)起到反饋?zhàn)饔?，抑制氮氧化物再生?/p>

3 ?改造技術(shù)措施

3.1 ?煙氣循環(huán)改造情況

鍋爐煙氣循環(huán)技術(shù)通過提取一部分經(jīng)過除塵器凈化后的煙氣，使之返回鍋爐，在爐內(nèi)進(jìn)行二次利用，惰性氣體可以帶走部分熱量同時(shí)降低鍋爐內(nèi)的氧濃度，進(jìn)而達(dá)到控制火焰溫度，降低燃燒速度，最終降低氮氧化物的產(chǎn)生。

煙氣循環(huán)的效率很高，通常情況下，每回收四分之一的煙氣，氮氧化物排放量可以減少五分之一。

3.2 ?原始參數(shù)

A.燃燒器布置方式

三層布置。上兩層為高爐煤氣燃燒器，數(shù)量8臺(tái)/臺(tái)鍋爐，每臺(tái)鍋爐煤氣消耗量約為4400Nm3/h。最下層轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器，數(shù)量為4臺(tái)/臺(tái)鍋爐，每臺(tái)轉(zhuǎn)爐煤氣消耗量約為7500Nm3/h。

B.燃?xì)鈼l件

所用高爐煤氣熱值為720-850kcal/Nm3，高爐煤氣壓力為8-15KPa。

所用轉(zhuǎn)爐煤氣熱值為1200-1500kcal/Nm3，轉(zhuǎn)爐煤氣壓力為8-12KPa。

所用焦?fàn)t煤氣熱值為4000kcal/Nm3，轉(zhuǎn)爐煤氣壓力為6-8KPa。

C.燃料工況

高爐煤氣50000-60000Nm3/h，煤氣溫度30-80℃。

轉(zhuǎn)爐煤氣50000-60000Nm3/h，煤氣溫度30-50℃。

高爐煤氣10000Nm3/h，煤氣溫度30-50℃。

鍋爐點(diǎn)火和啟動(dòng)燃料為焦?fàn)t煤氣，熱風(fēng)溫度約為180℃。

3.3 ?改造后燃燒器參數(shù)要求

改造完成后，燃燒器參數(shù)與原來保持一致，保證130t/h鍋爐的正常運(yùn)行出力，且降低NOX值，達(dá)到現(xiàn)行國(guó)標(biāo)排放要求。

3.4 具體措施

根據(jù)以上分析與說明，本改造方案采取的具體措施如下。

A.采用煤氣分級(jí)燃燒，內(nèi)外層空氣分級(jí)摻混的新型防堵低氮型煤氣燃燒器，并通過改變空煤氣氣流方向，形成湍流摻混結(jié)垢，加強(qiáng)空煤氣的混合燃燒，能夠有效降低NOX值，在純?nèi)紵郀t煤氣的鍋爐上使用，可同時(shí)解決燃?xì)鈬娍谝蛎簹馀K堵塞葉片的問題，點(diǎn)火及燃燒效果料號(hào)。在設(shè)計(jì)工況下產(chǎn)汽量沒有發(fā)生變化的情況下，能夠滿足使用要求。

B.燃燒器的穩(wěn)焰磚不變，助燃風(fēng)及煤氣進(jìn)口管道不變，進(jìn)更換燃燒器即可。減少改造來那個(gè)，縮短工期，降低改造費(fèi)用。所采用的低氮燃燒器型號(hào)為SBN-GL-10000C型，數(shù)量為12個(gè)。

4 ?實(shí)施效果

單一應(yīng)用煙氣循環(huán)技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到110-125mg/m3，脫除率約為52%;在單一應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)的情況下，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到120-140mg/m3，脫除率約為47%;同時(shí)應(yīng)用兩種方法，鍋爐煙氣氮氧化物由190-230mg/m3降低到90-105mg/m3，脫除率約為61%;由此可見，同時(shí)應(yīng)用煙氣循環(huán)與低氮燃燒技術(shù)大大有益于鍋爐煙氣氮氧化物的降低。

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