富氧低氮燃烧技术(通用)

重庆市富燃科技有限责任公司富氧低氮燃烧技术

二O一四年三月

项目可行性报告

1.技术背景

2.氮氧化物产生的机理

3.技术发展现状

3.1烟气脱硝

3.2空气分级燃烧技术

3.3燃料分级燃烧技术

4.富氧低氮燃烧技术介绍

4.1富氧低氮燃烧技术的提出

4.2富氧低氮燃烧技术的机理

4.3富氧低氮燃烧技术的优势

4.4富氧低氮燃烧技术系统组成

5.富氧低氮燃烧技术关键点

5.1富氧低氮燃烧项目技术关键点

5.2富氧低氮燃烧项目设备装置关键点

6技术预期效益

6.1#锅炉预期减排NOx效果

6.2富氧低氮燃烧技术经济分析

7.结论

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1.技术背景

煤在燃烧过程中会生成二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物，这些污染物对我们的环境产生很大的危害，其中氮氧化物（NOx）的危害最大。在研究煤粉燃烧的过程中，如何降低氮氧化物的产生，成了我们必须面对和解决的重要问题。

氮氧化物（NOx）在阳光的作用下会引起光化学反应，形成光化学烟雾，从而造成严重的大气污染。七十年代以来NOx的大气污染问题已被日益重视，人们发现：人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOx有关系，而且其危害性比人们原先设想的要大得多。

2.氮氧化物产生的机理

NOx主要是在煤粉燃烧过程中，由煤粉自身含的氮和空气中的氮产生的，其主要物质有：NO、NO2、N2O、NH3、CHN等，其生成的种类与煤种情况、燃烧温度、过量空气系数等有关。其中NO为主要的排放物。

NOx可分为：燃料型/热力型/快速型。其中燃料型NOx占大多数。热力型NOx是空气中的氮直接氧化产生的，与温度的高低有密切的关系，当炉内火焰温度高于1500℃时，温度每增加100℃，NOx的产生速度就会提高6~7倍。

燃料型NOx是煤粉中的氮物质受热分解后氧化产生的，与温度没有多大的关系，但与空气过量系数有密切的联系，它是煤粉燃烧过程中NOx的主要生成途径，研究表明，燃料型NOx占锅炉NOx排量的

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60%~80%

。

3.技术发展现状

为了解决氮氧化物的排放问题，国内外普遍采用了以下几种减排方法：

3.1烟气脱硝

烟气脱硝，是指把已生成的NOx还原为N2，从而脱除烟气中的NOx，按治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。主要包括：酸吸收法、碱吸收法、选择性催化还原法、非选择性催化还原法、吸附法、离子体活化法等。

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常见烟气脱硝方法比较如下：

由此可见各种烟气脱硝方法基建投资大、运行费用高，且随着脱硝装置的老化，其运行成本及运行效率都将发生很大的变化。

3.2空气分级燃烧技术

煤粉燃烧的过程分阶段完成。第一阶段是将空气量减少到总空气量的70%~75%，使煤粉的燃烧在缺氧状态下进行，进而降低了燃烧区的燃烧温度和燃烧速度，因此不但延长了煤粉燃烧的过程，还在还原环境中抑制了NOx的产生，为了使煤粉完全燃烧，另外所需的空气量由主燃烧器上方的喷口送入，在α>1的条件下，煤粉完全燃烧。这样煤粉燃烧所需的空气分两级进入，煤粉的燃烧也分为两级进行，故

项目可行性报告称之为空气分级燃烧技术。

采用此方法进行低氮燃烧，运行费用低，为确保锅炉安全运行，分级深度不够，所以，效果较差，不能达到排放要求。同时，须将第一级和第二级空气分配比例调节得当，否则会造成煤粉燃烧不尽、结渣等问题，且会腐蚀锅炉壁。

3.3燃料分级燃烧技术

将80%的煤粉通入α>1的主燃烧区燃烧（称为一级燃烧），先产生大量的NOx，再将20%的煤粉通入α<1主燃烧区上方喷口内燃烧（称为二级燃烧），产生一个还原环境，主燃烧区产生的NOx在还原环境中被还原为N2，并抑制NOx的产生，最后在二级燃烧的上方通入所需的空气，使煤粉燃尽。

采用此方法进行低氮燃烧，与空气分级燃烧技术有相同的问题，并面临更严峻的问题，如何把握各级燃尽率至关重要。

经多年的实际运用表明，无论空气分级燃烧技术还是燃料分级燃烧技术在实际的临炉应用中效果均不佳，要么脱硝效果较好但碳的燃尽率低，要么保证了碳的燃尽度但脱硝效果不好。现许多电厂实际已放弃该类技术的应用。

4.富氧低氮燃烧技术介绍

4.1富氧低氮燃烧技术的提出

传统低氮燃烧技术从理论上可以做到降低氮氧化物的排放，但是，第一，必须对风和燃料的调控适当，对于体积庞大、风量/煤量难于控制的锅炉来说，很难达到传统低氮燃烧技术调控的标准，碳的

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燃尽率与降低氮氧化物的排放很难兼顾；第二，技术使用环境时刻在变化，如煤质波动、工况波动，很难满足传统低氮燃烧技术的要求；第三，由于电力行业的特殊性，要想实施对锅炉时时调控时是很难做到的。

为了解决氮氧化物低排放的问题，结合传统低氮燃烧技术及富氧微油燃烧原理，在安全、易于操作，确保碳燃尽率的前提下，研究发明了富氧低氮燃烧技术。

富氧低氮燃烧技术以富氧微油点火稳燃技术为基础，有机地结合了空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术的特点，同时视为更深度的空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术及火焰内还原技术的结合。对锅炉内部结构基本不做改动，仅对锅炉现有燃烧器进行过富氧微油点火稳燃系统的改造，那么这套系统作为点火燃烧器的同时也作为低氮燃烧器。

4.2富氧低氮燃烧技术的机理

低氮燃烧时，一次风粉由一次风喷口进入富氧专用燃烧器，通过富氧专用燃烧器，分级点燃富氧专用燃烧器中的一次风煤粉。在富氧专用燃烧器点火时加入了少量的燃油和氧气，确保了一次风煤粉在富氧专用燃烧器的高着火率（>95%），并且由于燃烧器内浓淡分离的作用，使煤粉的燃烧到达了深度的燃料分级燃烧（浓淡比=8:2）。

进入富氧专用燃烧器的一次风煤粉（浓度在0.2~0.6），在脱离燃烧器喷口时，处于提前着火状态，一次风煤粉在燃烧器分级燃烧过程中，耗掉一次风中的氧气，处于一个深度缺氧还原环境中，煤粉处

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于深度不完全燃烧的状态，产生大量CO。从而，既严重抑制了氮氧化物的产生又使产生的氮氧化物被大量还原。

燃烧不完全的煤粉进入炉内主燃区、还原区，与空气余量系数α＜1的二次风提供的氧气继续进行不完全燃烧，使该区域继续处于还原环境中，从而进一步抑制和还原氮氧化物的产生。

燃烧不完全的煤粉进入炉膛燃尽区，与送风口提供的燃尽风进行充分燃烧，保证煤粉的燃尽度。

富氧低氮燃烧术在于以极少的燃油和纯氧，使一次风煤粉在富氧专用燃烧器内受高温热解，提前着火燃烧，煤粉在一次风严重缺氧状态着火后进入炉膛（即大量CO强还原剂进入炉膛），到达深度空气分级燃烧；同时，煤粉在富氧专用燃烧器实现浓淡分离，达到深度燃料分级燃烧。进入炉膛后，低空气余量系数的主燃区、还原区及高空气余量的燃尽区在炉膛中的全方位布置，从而在炉膛中又形成新的燃料分级和空气分级低氮燃烧。在以上双抑制和还原过程中，既保证了煤粉的高燃尽率，又大幅度抑制和还原燃烧中产生的氮氧化物。

在以上燃烧中提供了极少量的氧气，降低煤粉着火温度，提高煤粉着火率，强化还原环境，增加CO的产生量，提高煤粉的燃尽率，以“低氮燃烧的手段，达成烟气脱硝的效果”，实现最经济的降排NOx的目的。

富氧NOx燃烧机理如下：

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炉内反应如下：

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富氧低氮燃烧降低NOx

原理如下：

4.3富氧低氮燃烧技术的优势

⑴以极少的燃油和纯氧，使一次风煤粉在富氧燃烧器内着火燃烧，从一次风煤粉喷口燃烧进入锅炉，使煤粉在一次风严重缺氧状态中燃烧进入炉膛，产生大量CO强还原剂，到达深度空气分级燃烧。

⑵同时，煤粉在富氧燃烧器内实现浓淡分离，达到深度燃料分级燃烧。

⑶结合了燃料分级和空气分级的特点，避免燃烧不尽的缺点。 ⑷在分级燃烧中提供了一定量的氧气，以煤代油，进一步降低油耗，降低煤粉着火温度，提高煤粉着火率，强化还原环境，增加CO的产生量，提高煤粉的燃尽率，达到最经济的降排NOx的目的。

⑸富氧低氮燃烧技术不受煤质波动的影响，适用煤种广泛，可适用于烟煤、贫煤、无烟煤等。