1降低氮氧化物排放的必要性

　　氮氧化物即NOx，它是由多種化合物組成的一類物質(zhì)，主要包括N2O、NO、NO2、N2O3等等。燃燒是NOx產(chǎn)生的主要方式之一，大部分燃燒方式中產(chǎn)生的NO約為90%左右，剩余的10%則以NO2為主。相關(guān)研究結(jié)果表明，火力發(fā)電是空氣中NOx的主要來源，當(dāng)空氣中的NOx溶于水之后會生成，這種雨會對自然生態(tài)環(huán)境帶來極大程度的危害，并且酸雨還會對建筑物、工業(yè)設(shè)備等造成嚴(yán)重腐蝕，進(jìn)而引起巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來，我國在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，對自然生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，因NOx排放量超標(biāo)引起的各種環(huán)境問題越來越多。如果人們引用了含有酸性物質(zhì)的地下水，會對身體健康造成影響。同時(shí)，當(dāng)NOx濃度超標(biāo)之后，會與人體血液中的血色素相結(jié)合由此會導(dǎo)致血液缺氧，進(jìn)而進(jìn)氣。近年來，我國在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，對自然生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，因NOx排放量超標(biāo)引起的各種環(huán)境問題越來越多。為了有效減輕NOx的危害，必須逐步降低NOx的排放量，這已成為我國當(dāng)前亟待解決的問題之一。

　　2NOx的生成機(jī)理及燃?xì)馊紵鞯拿摰夹g(shù)

　　2.1NOx的生成機(jī)理

　　相關(guān)研究結(jié)果表明，NOx主要有以下幾種生成途徑：

　　2.1.1燃料型NOx。具體是指燃料當(dāng)中所含有的氮化合物在燃燒過程中發(fā)生熱分解，進(jìn)而氧化生成NOx。

　　2.1.2熱力型NOx。具體是指空氣當(dāng)中的氮?dú)庠诟邷氐臈l件下經(jīng)過氧化后生成NOx。

　　2.1.3快速型NOx。當(dāng)燃燒燃燒時(shí)，空氣中的氮與燃料當(dāng)中的碳?xì)潆x子團(tuán)會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此會快速生成NOx。

隨著當(dāng)前鍋爐排放越來越嚴(yán)，越來越多的地方開始對鍋爐進(jìn)行低氮改造，如京津冀、鄭州、西安等。在鍋爐改造前使用的配煤、配風(fēng)方式很大程度上不適用，不僅會對鍋爐的各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生影響，還會使鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃的能力變低。作為一種清潔能源，能減少近100%和粉塵排放量，60%的二氧化碳排放量和50%的氮氧化合物排放量，并有助于減少酸雨形成，緩解地球溫室效應(yīng)，從根本上提高環(huán)境質(zhì)量。公司鍋爐供能燃料，由于鍋爐安裝較早，鍋爐當(dāng)前氮氧化物排放量為90mg/m3，燃燒器燃燒后的廢氣排放無法滿足國家制定的污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)——《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB11/139-2015》的限值要求(2017.3.31日之前在用鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)為80mg/m3)。為達(dá)到此排放要求，公司對燃?xì)忮仩t燃燒器進(jìn)行改造。

鍋爐的熱效率是衡量鍋爐的一個(gè)指標(biāo)，影響鍋爐的效率的主要因素有：排煙溫度熱損失、散熱損失、燃料不完全燃燒及鍋爐結(jié)垢等。下圖反映的是燃煤型鍋爐的NOx排放和溫度的關(guān)系，其中熱力型Nox的溫度關(guān)系同樣適合于鍋爐燃燒器。由于燃燒器進(jìn)行改造后散熱損失及鍋爐結(jié)垢與改造前的相比較未發(fā)生改變，因此對鍋爐的熱效率并無影響，燃燒器改造前與燃燒器改造后改變的因素主要有兩個(gè)，即排煙溫度熱損失與燃料的不完全燃燒程度，因此本文主要研究這兩種因素對鍋爐效率的影響。

排煙溫度熱損失是燃?xì)忮仩t熱損失中主要的一項(xiàng)，它主要取決于排煙溫度與過量空氣系數(shù)λ。燃燒前脫氮是指把燃料轉(zhuǎn)化為低氮燃料，技術(shù)復(fù)雜，難度大，成本高，因此現(xiàn)在處于研究階段。(過量空氣系數(shù)是燃燒1kg燃料實(shí)際供給的空氣質(zhì)量與理論上完全燃燒1kg燃料所需的空氣質(zhì)量之比，是我國及俄羅斯等國通用的研究可燃混合氣成分指標(biāo)，常用符號λ表示)，λ與排煙熱損失q1關(guān)系：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：q1=(0.5 3.5λ)(T排煙-T環(huán)境溫度)

對燃燒器的顯著效率影響是空氣和燃料的比例組合?；旧嫌袃煞N類型的空氣/燃料燃燒器：強(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)。若使用高熱值、高揮發(fā)的煤種時(shí)，NO的排放濃度雖略有增加但較易調(diào)整控制。強(qiáng)制通風(fēng)燃燒器使用鼓風(fēng)機(jī)來提供加壓空氣來氧化燃料并產(chǎn)生不同的火焰模式。鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，增加電氣使用，并且需要一種方法來使氣流與燃料流量成比例。相比之下，使用自然通風(fēng)燃燒器，空氣和氣體流動是未被強(qiáng)制的，并且遵循由燃燒室和管道的力學(xué)產(chǎn)生的自然對流模式。鼓風(fēng)機(jī)不用于天然草稿燃燒器。

通過更緊密地控制空氣/燃料比，可以更好地控制燃燒反應(yīng)及其效率。針對29MW及以上容量的室燃爐，可將NOx原始排放降至在300mg/Nm3以下。一種這樣做的方法包括使用固定空氣系統(tǒng)（也稱為僅燃料控制），其中氣流保持恒定，燃燒器輸出通過經(jīng)由控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)入的氣體來控制。另一個(gè)選擇是使用變頻驅(qū)動器（VFD）控制空氣輸入，通過控制氣體輸入的單個(gè)氣體閥來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)速度。

第三個(gè)也是更理想的選擇是使用流量傳感器和控制閥來監(jiān)控和連續(xù)地調(diào)節(jié)空氣和氣體。這種方法通常被稱為質(zhì)量流量空氣/燃料比控制系統(tǒng)。2優(yōu)化調(diào)整，使用科學(xué)的燃燒方法鍋爐低氮燃燒器經(jīng)過改造后，燃燒器的型式已確定，但是在鍋爐不同的條件下，燃燒不同的煤種產(chǎn)生的NO的量也會不同，由此可見起主導(dǎo)作用的是鍋爐的運(yùn)行方式。該系統(tǒng)通過計(jì)量進(jìn)入的空氣/氣體流量并通過精密執(zhí)行器調(diào)節(jié)流量來控制燃燒器性能。該系統(tǒng)自動補(bǔ)償影響燃燒性能的變化，例如空氣和燃料溫度，供應(yīng)壓力和可變?nèi)紵覊毫Φ淖兓Ｙ|(zhì)量流量空氣/燃料比控制通常應(yīng)用于低排放應(yīng)用。

燃燒器選擇許多工業(yè)燃燒器制造商的產(chǎn)品目錄尺寸近一英尺厚。1增加灰和爐渣可燃物，導(dǎo)致爐效降低改造低氮燃燒器后，NO的產(chǎn)生量降低很多，但是在使用同一種煤種時(shí)，飛灰可燃物升幅也較大。為什么？是幾十年的燃?xì)獠膳瘧?yīng)用已經(jīng)證明，具體的燃燒器設(shè)計(jì)可以對各種設(shè)備的加熱效率產(chǎn)生巨大的影響。一旦上述所有清單項(xiàng)目已經(jīng)耗盡，并且仍然無法達(dá)到所需的性能目標(biāo)，可能需要考慮升級到不同的燃燒器設(shè)計(jì)以獲得期望的結(jié)果。

通過改變諸如排出速度，火焰形狀，火焰輻射度，控制方法和火焰化學(xué)計(jì)量等特征，燃燒器制造商可以將其燃燒器的傳熱特性與工藝或應(yīng)用的具體需要相匹配。