柴油燃烧机-天津燃烧机-隆鑫热能设备

一、NOx氮氧化物的生成机制

对于锅炉来说，Nox的产生主要来自空气中的氮气和过量氧气产生的热力型Nox，热力型NOx的产生和燃烧的温度呈指数型关系，通常在燃烧温度高于1000摄氏度的时候开始产生，而在1400度以上NOx的生成速度会急剧增加。下图反映的是燃煤型锅炉的NOx排放和温度的关系，其中热力型Nox的温度关系同样适合于锅炉燃烧器。

燃煤型锅炉的NOx排放和温度的关系基于以上NOx的生长机制，低氮燃烧器的控制NOx的技术也主要着眼于两个方向：

1、降低火焰温度；

2、降低氧含量。

二、低氮燃烧器和超低氮燃烧器类型

传统的锅炉燃烧器通常的NOx排放在120~150毫克左右。低氮燃烧器通常是指NOx排放在30~80毫克的燃烧器。NOx排放在30毫克以下的通常称为超低氮燃烧器。

传统的燃烧器的高NOx排放主要源于下述几个原因：

1、为了保证燃烧充分，采用了较大的过量空气；

2、燃烧温度通常在1800度左右。

三、低氮燃烧器三、低氮燃烧器通常基于下列技术

1.电子比例调节和氧含量控制技术；来控制氧含量；

2.FGR烟气再循环技术，来降低火焰温度和氧含量；

3.全预混的表面燃烧技术来降低火焰温度和实现充分燃烧；

上述技术中，通常是低氮燃烧器的必须配置。基于上述技术，市场的低氮燃烧器主要分为以下类型：

四、各低氮燃烧器优缺点介绍

1、FGR低氮燃烧器

FGR低氮燃烧器通常能够将NOx在全火范围内控制到65毫克，极限大约在40毫克左右，进一步降低NOx排放可能导致燃烧不稳定，或者牺牲可调比等弊端。

2、表面燃烧超低氮燃烧器

表面燃烧超低氮燃烧器通常能够将NOx在全火范围内控制到30毫克以内，其优点是安装简单，不需要FGR烟气再循环管道；其主要缺点是需要过滤空气，加大了维护工作量；同时氧含量在7%左右，降低了部分燃烧效率。

3、表面燃烧 FGR超低氮燃烧器

表面燃烧 FGR超低氮燃烧器结合了表面燃烧的NOx控制优点和FGR降氧含量优点，可以实现在全火范围控制NOx到20毫克水平，同时控制氧含量在3%以内，化燃烧效率。其主要短处是设备成本提高。

3.1 低过量空气燃烧

低过量空气燃烧是燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以***烟气中氮氧化物前驱体与O2的反应，这是一种的降低NOx排放的方法，可降低NOx排放15%～20%。但同时，如果炉内氧含量过低，如低于3%，则有可能导致燃气的不完全燃烧，出口烟气中CO含量或其他可燃物含量增加，降低燃烧效率。

3.2 空气分级燃烧

空气分级燃烧技术是将助燃空气分级送入燃烧装置的技术，通常在一级燃烧区，将助燃空气量减少到总燃烧空气量的70%～75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，过量空气系数α＜1，在降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平的同时，在燃烧区域形成还原气氛，***了NOx在一级燃烧区的生成量。为了完成燃气燃烧过程，将完全燃烧所需的其余空气送入第二级燃烧区，与一级“贫氧燃烧”产生的烟气混合，此阶段空气系数α＞1，保证了燃气的燃烬度，同时，由于一阶段产生的烟气对空气的稀释，局部氧含量降低，有利于降低反应（1）（2）的反应速率。由于整个燃烧过程所需空气是分两级或多级送入燃烧区域，故称为空气分级燃烧法。才雷等将空气分级燃烧技术作为降低锅炉NOx排放的主要燃烧控制手段，通过对一次风二次风的给入控制，将烟气出口NOx含量由1164.92mg/m3降低至704.7mg/m3。

3.3 燃料分级技术

燃料分级燃烧技术又称为三级燃烧技术或再燃烧技术，空气和燃料都分级送入炉膛，形成初始燃烧区、再燃区和燃尽区。其原理是利用燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，燃气燃烧机，会发生NOx的还原反应，进而降低NOx的排放。将80%～85%的燃料送入一级燃烧区，在α＞1条件下，燃烧并生成NOx；其余15%～20%的燃料送入二级燃烧区，在α＜1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮气，二级燃烧区又称再燃区，在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还***了新的NOx的生成；由于可能存在未燃烬的燃料，需在第三级燃烧区送入空气，保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。美国John Zink公司利用燃料分级燃烧原理开发了适用于管式加热炉的远距离分级式炉子工业燃烧器结构及方法的专利技术，与未采用该技术的加热炉相比，可减少28%左右的NOx排放。

3.4 烟气再循环

烟气再循环时将一部分低温烟气直接送入燃烧区域，或与一次风或二次风混合后送入燃烧区域，不仅降低燃烧温度，同时也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度。美国卡博特公司在炭黑尾气余热锅炉系统中采用了烟气再循环技术对尾排烟气进行了有效控制，当循环烟气量由占总给入气体量的0%、6%增大到39%时，烟气NOx含量由522mg/m3降低为376mg/m3及246mg/m3。显然，再循环烟气进入燃烧区域后需要吸收热量，重新升温至燃烧温度，过量的再循环烟气将导致较低的燃烧温度，必然引起不燃烧或燃烧不完全的现象，进一步将导致燃料无法稳定燃烧，通常烟气再循环率控制在30%以内，以确保燃气的稳定燃烧。

3.5 低NOx燃烧器

燃烧器的性能对低热值燃气燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理出发，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变工业燃烧器的风煤比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的低氮燃烧技术用于燃烧器，利雅路燃烧机，以尽可能地降低着火氧的浓度、适当降低着火区的温度达到限度地***NOx生成的目的，这是目前低NOx燃烧器的主要设计理念。李阳扶等通过特殊的燃气燃烧器结构设计，将燃料与空气分级分段给入、燃料与助燃空气以亚化学当量比率给入、抽取锅炉尾部烟气经混合装置与空气混合后进入烧嘴，将强化燃气与助燃空气的混合、分级分段燃烧、烟气循环等技术进行集成，大大降低了NOx的生成。低NOx燃烧器中还有一种比较常用的燃烧技术为低NOx旋流燃烧技术，如2.4节所述。旋流燃烧技术强化反应物混合与稳定燃烧方面研究者们已形成了共识，旋流燃烧能够形成燃烧产物的中心回流区，回流区内高温低速的燃烧产物和中间体对未反应的空气和燃料进行预热、稀释，能够有效地强化低热值合成气燃烧，在高速射流下形成稳定的火焰。与此同时，烟气循环使得炉内温度分布更加均匀，稀释燃烧反应物，降低燃烧温度、缩小高温区，降低氧含量，有可能***NOx的形成，但不同研究者对旋流燃烧降低氮氧化物排放的研究结果却存在较大差异。Coghe等分别采用了不同的燃烧器或旋流方式研究旋流数对NOx生产量的影响，结果表明随着旋流数的提高，NOx排放量可降低25%～30%。而Zhou等的研究结果表明，随着旋流数的提高，NOx排放量先高后减小，且仍高于无旋流时的排放量。

氮氧化物是造成大气污染和雾霾的主要成因，已被多家部门证实。从去年起我国北京、郑州、成都等地开展燃气锅炉低氮改造工程，并制定了燃气锅炉氮氧化物排放标准。

做为燃气锅炉领跑者的知名企业--，在低氮燃气锅炉改造大潮中，敢为人先执着创新，凭借2大***低氮技术，占领市场鼎力推进大气污染治理。

敢为人先 首推FGR低氮技术

“的成分主要是，其中既没有氧也没有氮。可当它燃烧温度到1500K以上时，空气中的氮气被氧气氧化，于是产生了氮氧化物。降低氮氧化物排放，控制氧含量是关键，那么怎样可的降低氧的浓度呢？”研发中心的任总监介绍到，“我们经过方案设计--试验测试--反馈调试--调整方案这种不下百次的优化调整，成功将FGR技术应用到燃气锅炉上，并经锅检所现场测试，氮氧化物排放小27mg/m3。

FGR燃烧技术，即烟气再循环技术，是指将锅炉尾部的烟气引入到燃烧器的进风口，与助燃空气混合后，送入燃烧头与燃气混合后再次进行燃烧。原理是抽取一部分燃烧后的低温烟气，通过锅炉再循环的装置与进风口的空气混合，降低燃烧温度， 自然也就降低了氮氧化物的排放浓度了。

排放和效率对于锅炉来说是一对矛盾体，为了排放达到***标准，又不降低锅炉热效率，研发***，通过优化锅炉受热面的设计，在低氮排放的前提下，确保锅炉效率不下降。对锅炉对流受热面进行重新设计，适应FGR的性能特点，对不同燃烧负荷的再循环率进行计算及验证测试，设定对应的锅炉控制程序确保在不同再循环率下的NOx指标及锅炉效率。锅炉排烟口设置氧传感器，实时在线检测烟气中的氧含量，确保***燃烧。

目前，方快FGR燃气锅炉已经在北京、上海、天津、成都等地广泛安装应用。来自北京的一位FGR燃气锅炉用户表示，他们在更换为方快FGR低氮燃气锅炉后，操作更加简单智能，燃气费用较原来的锅炉每个月节省10万元以上，天津燃烧机，原来担心成本增加没想到比原来还更省了。

勇于创新 全预混技术排放更低

氮氧化物排放还能不能再低一些呢？在成功研发FGR技术后，方快研发团队又开始了新的课题，勇于挑战，敢于超越是团队每位成员的品质。

想要降低氮氧化物排放，低温燃烧是另一关键。怎样实现燃烧温度低而热效率不降呢？研发团队到美国、欧洲等国交流学习***的经验，结合国内实际情况研发出了全预混燃烧技术。

燃烧前与空气均匀充分混合，燃烧时不再需要二次空气。充分的预混合，让炉膛内火焰短，降低了燃烧温度，从而减少了热力型氮氧化物的产生。普通的锅炉，燃烧后一立方烟气里含有大约200mg/m3的氮氧化物。使用全预混技术后，每立方烟气里的氮氧化物可降低到18mg/m3，远远小于***新排放标准。

全预混燃烧器燃烧时火焰呈蓝色短小且密集，并且表面燃烧均匀，形成很平整的火焰面，火焰充满度好，热量能均匀的散发出去。燃烧热通过辐射和对流换热的方式快速散发，从而有效控制燃烧室的温度分布，柴油燃烧机，避免了燃烧室内的局部高温，使出口处NOX排放大幅度下降，达到同时降低NOX、CO的排放水平。

应用FGR技术和全预混技术的产品，已经锅检院现场测试并颁发报告，氮氧化物排放远低于***排放标准，并且经过多行业用户的实际应用得到了众多用户的一致好评。