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低氮燃烧器的发展趋势

2023-10-21 15:47

天然气虽是清洁能源，但燃烧过程中会产生氮氧化物，也是形成雾霾的成分之一。按照“十三五”时期的能源规划，从2014年到2022年，天然气消耗量将由146亿立方米增长到220亿立方米。如不采取低氮改造，天然气燃烧将成为氮氧化物污染的主要来源，从而产生大量NOx。大气中的NOx溶于水后会生成为硝酸雨，酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。NOx还对人的身体健康有直接损害，NOx浓度越大其毒性越强，因为它易与动物血液中的血色素结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹。

低NOx燃烧器及低氮氧化物燃烧器，是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器，采用低氮燃烧器能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。

　　在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx。大量实验结果表明，燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO，平均约占95%，而NO2仅占5%左右。

　　一般燃料燃烧所生成的NO主要来自两个方面：一是燃烧所用空气（助燃空气）中氮的氧化；二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化。在大多数燃烧装置中，前者是NO的主要来源，我们将此类NO称为“热反应NO”，后者称之为“燃料NO”，另外还有“瞬发NO”。

　　燃烧时所形成NO可以与含氮原子中间产物反应使NO还原成NO2。实际上除了这些反应外，NO 还可以与各种含氮化合物生成NO2。在实际燃烧装置中反应达到化学平衡时，[NO2]/比例很小，即NO转变为NO2很少，可以忽略。

一、降低NOx的燃烧技术

NOx是由燃烧产生的，而燃烧方法和燃烧条件对NOx的生成有较大影响，因此可以通过改进燃烧技术来降低NOx，其主要途径如下：

　　选用N含量较低的燃料，包括燃料脱氮和转变成低氮燃料；

　　降低空气过剩系数，组织过浓燃烧，来降低燃料周围氧的浓度；

　　在过剩空气少的情况下，降低温度峰值以减少“热反应NO”；

　　在氧浓度较低情况下，增加可燃物在火焰前峰和反应区中停留的时间。

　　减少NOx的形成和排放通常运用的具体方法为：分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环等。

二、一般常用低氮氧化物燃烧器简介

　　燃烧器是工业炉的重要设备，它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程，因此，要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低NOx的燃烧技术，低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类：

1．阶段燃烧器

　　根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器，使燃料与空气分段混合燃烧，由于燃烧偏离理论当量比，故可降低NOx的生成。

2．自身再循环燃烧器

　　一种是利用助燃空气的压头，把部分燃烧烟气吸回，进入燃烧器，与空气混合燃烧。由于烟气再循环，燃烧烟气的热容量大，燃烧温度降低，NOx减少。

　　另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环，并加入燃烧过程，此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

3．浓淡型燃烧器

　　其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，因而NOx都很低，这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

4．分割火焰型工业燃烧器

　　其原理是把一个火焰分成数个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，使“热反应NO”有所下降。此外，火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间，对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。

5．混合促进型燃烧器

　　烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一，改善燃烧与空气的混合，能够使火焰面的厚度减薄，在燃烧负荷不变的情况下，烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短，因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

6．低NOx预燃室燃烧器

　　预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术，预燃室一般由一次风（或二次风）和燃料喷射系统等组成，燃料和一次风快速混合，在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物，由于缺氧，只是部分燃料进行燃烧，燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分，因此减少了NOx的生成。

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