分级燃烧降低NOx排放的影响因素
1 再燃燃料种类
1.1气体与固体燃料作为再燃燃料降低NOx排放的效果比较
以甲烷和煤作为代表性再燃燃料,德国斯图加特大学的研究者对气体与固体燃料分别作为再 燃燃料对降低NOx排放的效果进行实验研究比较,气体燃料(甲烷)作为再燃燃料的效果要比固体燃料(煤)好的多。
1.2气体作为再燃燃料的效果对比
根据目前资料,一般认为气体燃料与NOx发生还原反应时,烃根是最有利于NOx还原的成分。Spliethoff等研究者的实验结果表明,再燃燃料中不同碳氢化合物浓度的变化(20%~100%)对NOx的还原率没有太大的影响。因此,中国各种工业副产气均可以考虑用来作为再燃燃料以降低燃煤锅炉NOx的排放水平。但由于天然气在燃烧时可以产生大量的烃根且不含有N元素,因此相对来说天然气是最佳的再燃燃料。
2 再燃区过量空气系数
再燃区中过量空气系数对NOx的浓度影响很大。在一定的条件下(如一定的温度和停留时间),有一个最佳的过量空气系数,此时NOx的浓度值最低。一般来说,再燃区过量空气系数α2选在0.7~1之间,但最佳值应根据煤种、再燃燃料、温度和停留时间等通过实验来确定。
再燃区空气过量系数α2的减小虽有利于NOx的降低,但同时会引起飞灰含碳量的增加。根据实际运行结果,当α2小于0.8时,飞灰含碳量急剧增加。另外,再燃区过量空气系数越低,其还原性气氛越强,容易造成炉膛水冷壁的高温腐蚀;当炉内气流出现刷墙时,由于灰熔点的降低,加剧水冷壁的结渣,危及锅炉的安全运行。因此,从提高燃烧效率和飞灰的综合利用以及锅炉安全运行方面来考虑,再燃区过量空气系数不宜选得过低。
3 再燃区温度水平
随着再燃区中α2的降低,NOx的浓度也很快降低。高温度水平下主燃区生成的高NO x浓度随再燃区内过量空气系数的减小,NOx的 降低率加大。考虑到热力型NOx在1 500 ℃后 将呈指数规律升高,再燃区温度应低于此温度水平,以免燃尽区补充氧量后空气中的氮气与 氧生成热力型NOx,导致锅炉NOx排放整体水平的提高,从而降低分级燃烧降低NOx排 放的效果。
4 再燃区停留时间
再燃区停留时间是由再燃燃料喷口和燃尽风喷口的位置决定的。为了延长再燃区停留时间, 如将再燃燃料喷口过于靠近主燃烧器,则会降低燃尽率与NOx的还原率;如将燃尽风喷口 上移,将使飞灰含碳量升高,降低燃烧效率并危及飞灰的综合利用。因此,针对具体的条件 ,再燃区停留时间存在最佳值,并由试验确定。
5 结论
1)再燃燃料中产生的中间产物氰基、氨基和烃根等起到分解氮氧化物的作用。实际应用中 应使再燃区内各处处于还原性气氛下,以使烃根CHi与NO相接触,避免CHi与O接触,从 而保证燃料分级燃烧降低NOx排放的效果。
2)气体再燃燃料中不同碳氢化合物浓度的变化对NOx的还原率没有太大的影响。
3)在满足NOx排放水平前提下,再燃区内尽量选取较高的空气过量系数,以同时降低飞灰 含碳量、减轻炉内高温腐蚀和结渣程度。
4)合理选取再燃燃料喷入区位置和炉膛温度水平,以保证最佳的降低NOx排放效果和较 低的飞灰含碳量。
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