在日益嚴格的環保要求下,鍋爐(或窯爐)的低氮氧化物(Nox)排放已成為剛性指標。作為實現低氮燃燒的核心,燃燒器配風方式的優化與調整直接決定著NOx生成量和鍋爐(或窯爐)運行效率。
一、低氮燃燒的核心原理:分級送風,抑制NOx
傳統燃燒方式中,燃料與空氣過早充分混合,在高溫富氧環境下極易生成大量NOx。低氮燃燒器則通過“風粉分離、分級燃燒” 打破這一過程:
富燃料區(還原區):一次風攜帶煤粉先進入缺氧環境燃燒,生成CO等還原性氣體,將已生成的NOx還原為N。
燃盡區(氧化區):后續分級送入的二次風、三次風確保燃料充分燃盡。
核心目的:降低火焰峰值溫度,創造還原性氣氛,減少熱力型NOx和燃料型NOx的生成。
二、低氮燃燒器常見配風方式詳解
根據燃燒器類型(旋流、直流)和設計理念,主要配風方式包括:
一次風作用:輸送煤粉,提供初期燃燒所需部分氧氣。
關鍵點:低氮燃燒要求較低的一次風率(通常占理論總風量的15%-25%),維持煤粉濃度,形成強還原區。風溫需保證干燥和輸送。
內二次風作用:緊鄰一次風噴口送入,控制還原區長度和強度,是抑制NOx的關鍵調節手段。
關鍵點:通常設計為可旋流,通過調節旋流強度和風門開度,改變氣流擴散角、回流區大小,從而影響煤粉與空氣的混合時機和還原區特性。關小ISA風門/減弱旋流,能強化還原作用,降低NOx,但需防止結渣和燃燒不穩。
外二次風或周界風作用:包裹在燃燒器最外層送入,提供燃盡所需的主要空氣,并冷卻燃燒器噴口,防止燒損和結渣。
關鍵點:通常設計為直流或弱旋流。調節風門開度主要影響燃盡度和爐膛出口氧量。開大OSA有助于燃盡,但過量可能穿透火焰中心破壞還原區。
燃盡風作用:在燃燒器上方一定高度處單獨送入,是空氣分級的核心。延遲大量空氣的混入,確保主燃燒區處于還原狀態。
關鍵點:OFA風量占比大(可達總風量的15%-30%),其噴口位置(高度)、傾角、風速設計及風量分配對降低NOx和保證燃盡至關重要。增加OFA風量/提高噴口位置,能顯著降低NOx,但必須同步優化保證CO和飛灰含碳量不超標。
三次風(針對中間儲倉式制粉系統)作用:輸送細粉分離器分離后的乏氣(含10%-15%細煤粉)。
關鍵點:風溫低、水分高、煤粉細。其噴入位置(通常在主燃燒器上方)和風量對NOx和燃燒效率有影響,需謹慎控制。
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