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1、低氮分級燃燒技術(shù)一.低NOx優(yōu)化燃燒技術(shù)的分類及比較為了實現(xiàn)清潔燃燒,目前降低燃燒中NO、排放污染的技術(shù)措施可分為兩大類:一類是爐內(nèi)脫氮,另一類是尾部脫氮。1.1爐內(nèi)脫氮爐內(nèi)脫氮就是采用各種燃燒技術(shù)手段來控制燃燒過程中NOx的生成,又稱低NOx燃燒技術(shù),下表給出了現(xiàn)有幾種典型爐內(nèi)脫氮技術(shù)的比較。表2技術(shù)名稱效果優(yōu)點缺點低氧燃燒根據(jù)原來運(yùn)行條件,最多降低20%投資最少導(dǎo)致飛灰含碳量增加降低投入運(yùn)行的燃燒器數(shù)目15%—30%投資低,易于鍋爐改裝有引起爐內(nèi)腐蝕和結(jié)渣的可能,并導(dǎo)致飛灰含碳量增加空氣分級燃燒(OFA)最多30%投資低并不是對所有爐膛都適用,有可能引起爐內(nèi)腐蝕和結(jié)渣,并降低燃燒效率
2、低NOx燃燒器與空氣分級燃燒相結(jié)合時可達(dá)60%用于新的和改裝的鍋爐,中等投資,有運(yùn)行經(jīng)驗結(jié)構(gòu)比常規(guī)燃燒器復(fù)雜.煙氣再循環(huán)(FGR)最多20%能改善混合燃燒,中等投資增加再循環(huán)風(fēng)機(jī),使用不廣泛燃料分級(再燃)達(dá)到50%適用于新的和改造現(xiàn)有鍋爐,可減少已形成的NOX,中等投資可能需要增加第二種燃料,可能導(dǎo)致飛灰含碳量增加,運(yùn)行經(jīng)驗較少1.2尾部脫氮尾部脫氮又稱煙氣凈化技術(shù),即把尾部煙氣中已經(jīng)生成的氮氧化物還原或吸附,從而降低NOx排放。煙氣脫氮的處理方法可分為:催化還原法、液體吸收法和吸附法三大類。催化還原法是在催化劑作用下,利用還原劑將NOx還原為無害的N2。這種方法雖然投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高,
3、且需消耗氨和燃料,但由于對NOx效率很高,設(shè)備緊湊,故在國外得到了廣泛應(yīng)用,催化還原法可分為選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法相比,設(shè)備簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)資金少,是一種有吸引力的技術(shù)。液體吸收法是用水或者其他溶液吸收煙氣中的NOx。該法工藝簡單,能夠以硝酸鹽等形式回收N進(jìn)行綜合利用,但是吸收效率不高。吸附法是用吸附劑對煙氣中的NOx進(jìn)行吸附,然后在一定條件下使被吸附的NOx脫附回收,同時吸附劑再生。此法的NOx脫除率非常高,并且能回收利用。但一次性投資很高。爐內(nèi)脫氮與尾部脫氮相比,具有應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)有效等優(yōu)點。表2中各種低NOx燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐NOx排放最主要也是比較成熟的技術(shù)
4、措施。一般情況下,這些措施最多能達(dá)到50%的脫除率。當(dāng)要進(jìn)一步提高脫除率時,就要考慮采用尾部煙氣脫氮的技術(shù)措施,SCR和SNCR法能大幅度地把NOx排放量降低到200mg/m3,但它的設(shè)備昂貴、運(yùn)行費(fèi)用很高。根據(jù)我國發(fā)展現(xiàn)狀和當(dāng)前經(jīng)濟(jì)實力還不雄厚的國情,以及相對寬松的國家標(biāo)準(zhǔn)CB13223一2003,在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi),我國更適合發(fā)展投資少、效果也比較顯著的爐內(nèi)脫氮技術(shù)。即使采用煙氣凈化技術(shù),同時采用低NOx燃煤技術(shù)來控制燃燒過程N(yùn)Ox的產(chǎn)生,以盡可能降低化設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。表2中各爐內(nèi)脫氮技術(shù)又以燃料分級效率較高。燃料再燃技術(shù)是有效的降低NOx排放的措施,早在1980年日本的三
5、菱公司就將天然氣再燃技術(shù)應(yīng)用于實際鍋爐,NOx排放減少50%以上。美國能源部的“潔凈煤技術(shù)”計劃也包括再燃技術(shù),其示范項目分別采用煤或天然氣作為再燃燃料,NOx排放減少30%到70%。在日本、美國、歐洲再燃技術(shù)大量應(yīng)用于新建電站鍋爐和已有電站鍋爐的改造,在商業(yè)運(yùn)行中取得良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。在我國燃料再燃燒技術(shù)研究和應(yīng)用起步較晚,主要是因為我國過去對環(huán)保的要求較低,另一方面則是出于技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的考慮。進(jìn)入90年代,我國嚴(yán)重缺電局面開始緩和,大氣污染日益嚴(yán)重,1994年全國85個大中城市中NOx超標(biāo)的城市就有30個,占35%。1998年對全國322個省控城市量監(jiān)測結(jié)果分析,NOx年日平均
6、值范圍在0.006一0.152mg/m3,全國平均為0.037mg/m3,治理大氣污染成為十分迫切的任務(wù)。隨著環(huán)保要求的不斷提高,研究適應(yīng)我國國情的低成本的再燃低NOx燃燒技術(shù)具有良好的前景。二.分級燃燒原理抑制NOx的生成可采取的措施有:1.降低鍋爐峰值溫度,將燃燒區(qū)的煤粉量降低。2.降低氧濃度(即降低過量空氣系數(shù)),將部分二次風(fēng)管堵住。3.由于要保證鍋爐的出力,可將部分煤粉和空氣從鍋爐上部投入,這樣就控制了燃燒火焰中心區(qū)域助燃空氣的數(shù)量,縮短燃燒產(chǎn)物在高溫火焰區(qū)的停留時間,避免了高溫和高氧濃度的同時存在。4.在爐膛中設(shè)立再燃區(qū),利用在主燃區(qū)中燃燒生成的烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、
7、H2、C和CnHm等,將NO的還原成N2。如示意圖1所示。燃料+空氣→NOCO+O2→CO2NO+CHi→N2等燃料+空氣→NO燃盡區(qū)α=1.167再燃區(qū)α=0.8~0.9主燃區(qū)α=0.9~1燃盡風(fēng)再燃燃料一次燃料一、二次風(fēng)圖1分級燃燒原理圖將80%~85%的燃料送入主燃區(qū),燃料在主燃區(qū)燃燒生成NOx,15%~20%的燃料送入再燃區(qū),再燃區(qū)過量空氣系數(shù)小于1.0(α<1.0),具有很強(qiáng)的還原性氣氛,在主燃區(qū)生成的NOx被還原;再燃區(qū)