摘要：能源消费一直是世界共同关注的问题，随着人类社会的飞速发展，能源消费需求不断扩大，节省能源消费是一大命题。因此，氮能源的减排及其充分利用就越发重要。低氮燃煤技术具有低投资、高效益的优点。燃煤锅炉中低氮燃烧技术实质上就是改善燃烧条件，使其充分燃烧，产生更多能量同时减少NOx生成。因此，本文主要对低氮燃烧技术在燃煤锅炉上的应用进行分析探讨。
关键词：低氮燃烧技术；燃煤锅炉；应用
改革开放以来，随着经济社会不断发展，对于能源消费需求也在不断增加。但氮能源在燃烧过程中会加大NOx的排放量，严重影响环境和人类健康，影响中国国民经济的可持续发展，因此需要严格控制NOx的排放量，以促进国民经济发展，提高中国环境质量。低氮燃烧技术作为控制NOx排放量的重要环节，已经广泛应用到相关能源行业当中。低氮燃烧技术的主要技术措施是改善燃烧条件，在抑制NOx生成的同时促进燃料完全燃烧。研究表明，目前使用较多的低氮燃烧技术有空气分级技术、燃料分级技术、烟气再循环技术。随着NOx排放量不断上升，对环境的污染也愈加严重，抑制NOx的上升是当今环境保护最重要的任务。低氮燃煤技术具有投资较低、使用效果良好的优点，最重要的是低NOx燃烧器与空气分级燃烧的联合使用，降低了NOx的产生。由于国内低氮燃烧领域最主要还是依靠改造实施的，其中在设计领域中存在一系列问题，比如模型较为简单、试验过程不完备等，使得这些技术无法成为制造标准，影响了技术商业化运作的发展。
一、氮能源在燃煤锅炉中生成氮氧化物的机制
氮能源燃料在锅炉燃烧过程中产生的NOx主要包括N2O、NO2、NO，N2O占总含量约1%，NO2占总含量约2%~10%，含量最多的是NO，占总含量90%以上，各种NOx含量比例的差异和燃烧条件关系密切。锅炉生产中NOx的生成机理主要有三种类型：燃烧型、热力型、快速型。
1、燃烧型
燃烧型NOx是氮能源燃料在锅炉中的完全燃烧及不完全燃烧产生的。我们知道，氮能源燃料中氮化合物的热分解温度是600℃~800℃，在该温度条件下生成燃烧性NOx。首先是含氮化合物高温分解成中间环节产物，主要包括N、氰化氢、氰化物等，然后中间产物进一步氧化形成了NOx。煤粉锅炉含氮能源的燃烧过程相继发生挥发份燃烧、焦炭燃烧2个阶段，所以，燃料型NOx的生成与挥发份燃烧、焦炭燃烧有密切关系。
2、热力型
热力型NOx的产生的必备条件是高温，它是指氮能源燃烧过程中空气中的N在高温下氧化产生，在锅炉中经过燃烧生成NOx的一系列连锁效应。温度是影响空气中O、N化转为NOx的必需因素。随着温度的改变，产生的NOx含量及含有比例也会发生改变，温度越高，产生的各种NOx的速度越快、产量就越高。反应温度的升高，反应速度以指数规律而增加。
3、快速型
快速型NOx是指当氮能源燃料局部浓度过高时，在氮能源燃料燃烧区附近会快速生成Ox。碳氢化合物经过高温条件下分解会产生碳氢自由基，碳氢自由基与空气中的氮气反应生成N2和氰化氢，N2和氰化氢再与空气中的O2以极为快速的方式生成NOx，NOx生成量与炉膛压力为正相关，温度变化不明显。锅炉NOx的生成含量及其比例需要考虑以下因素：（1）氮燃料本身的物理及化学特点。（2）锅炉工作时的高温燃烧温度范围。（3）燃烧区内烟气中N2、O2、燃料煤的含氮量，氮能源燃料与空气中氮及氧气之间的混合比例。（4）氮能源燃料在火焰区和炉膛高温内的停留反应时间。
二、燃煤锅炉中低氮燃烧技术的应用
锅炉低氮燃烧技术主要是在锅炉工作时改变燃烧条件，最大程度地减少NOx的生成，或通过最大程度地消耗已产生的NOx使之降低到最少，或两种手段都兼备。常见的氮能源低氮燃烧技术包括低过量空气技术、空气分级技术、燃料分级技术、烟气再循环技术等。
1、低过量空气技术
NOx的产生随着炉内的空气量增加而增加，所以当锅炉内空气含量过低时，可减少NOx的产生，同时可以降低锅炉内热造成的损耗。低过量空气技术有可能引起CO、炭黑污染物和碳氢化合物等代谢产物的堆积、降低燃烧效率。所以在工业锅炉生产工作中，当确认空气过剩时，要注意同时满足锅炉热效率、燃烧效率及降低NOx等条件，从而在减少NOx产生的同时尽量避免降低热效率。
2、燃烧分级技术
燃料分级技术是在两段燃烧装置中，进行燃烧时与理论空气相接近的状态下。燃料所需的空气分两次通入，也就是所说的两段燃烧。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第一次通入的空气一般占空气量的5%~10%左右，燃烧在富燃料缺氧的情况下在进行，形成较低的燃烧区域，燃料的表层温度下降，从而使NOx的生成也有所降低，同时燃料析出的挥发分还原低氧燃烧区的NOx。第二段是在温度比较低的区域将剩余的空气进行送入，使第一次剩余的不完全燃烧产物全部燃烧，其中有CO、碳氢化合物。在进行两次空气供入后，虽然O2过剩，但是由于烟气温度的降低而抑制了NOx的大量生成。进行两次燃烧，有效抑制了在高温氧条件下燃烧而产生的NOx的生产量，从而达到降低NOx产量的效果。为了确保不完全燃烧产物能够燃烧完全，需要在再燃区设置燃尽风喷口。
3、空气分级技术
通过空气的分级技术降低燃料点火区的O2浓度，使点火区产生的挥发分更好的和NOx进行还原反应，从而降低NOx的排放，在主燃区充分的供O2量可以使燃料得到充分燃烧。
空气分级燃烧技术又分水平方向和垂直方向燃烧技术，它们之间相互作用，彼此关联。（1）水平方向空气分级技术。该燃烧方式是与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧，它通过将一次风和二次风不等切圆，部分二次风射流偏向炉墙来实现的。该技术不但可以使主燃区处于还原性气氛从而减少NOx的排放量，还可使炉墙附近处于氧化性气氛，因此可以避免水冷壁的高温腐蚀及因还原性气氛使灰熔融性温度下降而导致的燃烧器附近结渣；（2）垂直方向上空气分级技术。将燃料所需的空气分成两部分送入炉膛：一部分为主二次风，约占总二次风量70%～85%；另一部分为燃尽风，约占总二次风量的15%～30%。因此，炉内的燃烧分成三个区域，即热解区、贫氧区和富氧区。上部燃尽风送入炉膛时，已经避开了高温火焰区，使未燃尽产物能够完全燃烧。
4、烟气再循环利用技术
对烟气进行再循环利用是减少NOx生成的有效途径。机理是将部分已经冷却的烟气循环利用，重复多次送入到燃烧区，通过多次循环往复一方面可以降低O2浓度，提高主燃区的工作温度，减少NO生成，另一方面可以达到提高高热效率的效果，烟气循环率一般在5%~20%的之内最佳，这种状态减少NOx生成的效果最好。
三、低氮技术存在的问题
低氮燃烧技术是简单、经济合理的一种方法，其应用范围也越来越广泛。在燃煤过程中产生的多数污染物中，可以通过改进燃烧方式来降低其排放气体污染物的就是NOx。但是在实际应用时，还是会存在着一定问题：
（1）随着二段空气量的增大，会增加对不完全燃烧的损失，实际二段空气量约为空气总量15％～20％；
（2）温度过低、O2量过低的现象会导致对锅炉的燃烧效率产生影响，在不提高燃料细度的情况下，会增加飞灰可燃物的产生；在燃烧器区域缺氧燃烧对增加炉膛壁面附近的CO含量，这样会腐蚀水冷壁管的金属；
（3）为了达到降低燃烧温度与延迟燃烧时间的目的，在一定情况下会使着火稳定性有所降低，同时会导致锅炉低负荷燃烧稳定性降低。
结束语
随着时代发展，中国的科学技术逐渐成迈入先进的行列，并有的项目赶超了外国先进技术，同时人民群众的环保意识逐步增强，中国也开始颁布严格的NOx排放标准，各大燃烧能源的企业的主要问题是如何有效降低锅炉烟气中的NOx含量。经过国内外科学技术的研究，低氮燃烧技术能够有效减少NOx的排放，并且此技术已经得到了很好
地应用。但在低氮燃烧领域，国内存在的主要的问题就是在独立知识产权方面缺乏与之相关的产品，因此如何完善相关技术，形成成熟的技术，并将该技术运用到实际的生产中是将来需要解决的问题。
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论文作者:张学会
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
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