現(xiàn)有的幾種低NOx燃燒主要技術(shù)

(1)燃料分級(jí)燃燒或空氣分級(jí)燃燒

熱力型NOx生成很大程度上取決于燃燒溫度。燃燒溫度在當(dāng)量比為1的情況下達(dá)到zui高，在貧燃或者富燃的情況下進(jìn)行燃燒，燃燒溫度會(huì)下降很多。運(yùn)用該原理開發(fā)出了分級(jí)燃燒技術(shù)。

在第二級(jí)加入燃料使得當(dāng)量比達(dá)到要求的數(shù)值。這兩種方法zui終將會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的過量空氣系數(shù)保持一個(gè)定值，為目前普遍采用的低氮燃燒控制技術(shù)。空氣分級(jí)燃燒第yi級(jí)是富燃料燃燒，在第二級(jí)加入過量空氣，為貧燃燃燒，兩級(jí)之間加入空氣冷卻以保證燃燒溫度不至于太高。燃料分級(jí)燃燒與空氣分級(jí)燃燒正好相反，第yi級(jí)為燃料稀相燃燒。

(2)貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)

預(yù)混燃燒是指在混合物點(diǎn)燃之前燃料與氧化劑在分子層面上*混合。對(duì)于控制NOx的生成，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過當(dāng)量比的*控制實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒溫度的控制，從而降低熱力型NOx生成速率，在有些情況下，預(yù)混燃燒和部分預(yù)混可比非預(yù)混燃燒減少85%—90%的NOx生成。另外，*預(yù)混還可以減少因過量空氣系數(shù)不均勻性所導(dǎo)致的對(duì)NOx生成控制的降低。但是，預(yù)混燃燒技術(shù)在安全性控制上仍存在未解決的技術(shù)難點(diǎn)：一是預(yù)混氣體由于其高度可燃性可能會(huì)導(dǎo)致回火；二是過高的過量空氣系數(shù)會(huì)導(dǎo)致排煙損失的增加，降低了鍋爐熱效率。

(3)外部煙氣再循環(huán)和內(nèi)部煙氣再循環(huán)技術(shù)

燃燒溫度的降低可以通過在火焰區(qū)域加入煙氣來實(shí)現(xiàn)，加入的煙氣吸熱從而降低了燃燒溫度。通過將煙氣的燃燒產(chǎn)物加入到燃燒區(qū)域內(nèi)，不僅降低了燃燒溫度，減少了NOx生成；同時(shí)加入的煙氣降低了氧氣的分壓，這將減弱氧氣與氮?dú)馍蔁崃π蚇Ox的過程，從而減少NOx的生成。根據(jù)應(yīng)用原理的不同，煙氣再循環(huán)有兩種應(yīng)用方式，分別為外部煙氣再循環(huán)與內(nèi)部煙氣再循環(huán)。

對(duì)于外部煙氣再循環(huán)技術(shù)來說，煙氣從鍋爐的出口通過一個(gè)外部管道，重新加入到爐膛內(nèi)。根據(jù)研究，外部煙氣再循環(huán)可以減少70%的NOx生成。外循環(huán)比例對(duì)NOx控制效果也有較大影響，隨著外循環(huán)比例的增加NOx降低幅度也更加明顯，但循環(huán)風(fēng)機(jī)電耗也將增加。

(4)多孔介質(zhì)催化燃燒

降低火焰溫度的另一個(gè)辦法就是盡可能快和多的加強(qiáng)火焰對(duì)外的傳熱。在燃燒器內(nèi)增加了多孔介質(zhì)(PIM)，使得燃燒反應(yīng)發(fā)生在多孔介質(zhì)內(nèi)，這樣從燃燒器到周圍環(huán)境的輻射和對(duì)流換熱就被加強(qiáng)了。實(shí)驗(yàn)表明，使用PIM燃燒器的燃燒溫度低于1600K，NOx生成量在5-20ppm左右。

PIM燃燒器還可以在燃燒器入口處添加催化劑，這樣燃料分子和氧化劑分子就會(huì)以一個(gè)比較低的活化能在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)。這樣反應(yīng)溫度相比于同類的燃燒要更低。由于反應(yīng)過程只在催化劑表面進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生NOx，這樣催化燃燒的NOx生成可以降至1ppm。催化燃燒的缺點(diǎn)就是必須保證活性表面在一個(gè)比較低的溫度下不被氧化或蒸發(fā)，且催化劑造價(jià)相對(duì)較高，難以得到工業(yè)化應(yīng)用。

(5)無焰燃燒

傳統(tǒng)的火焰燃燒分為預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒，其主要特點(diǎn)包括：①燃料與氧化劑在高溫下反應(yīng)，溫度越高越有助于火焰的穩(wěn)定；②火焰面可視(甲烷燃燒的火焰一般為藍(lán)色，有碳煙產(chǎn)生時(shí)為黃色)；③大多數(shù)燃料在很薄的火焰層內(nèi)完成燃燒，但是燃燒反應(yīng)會(huì)在下游的不可見的區(qū)域內(nèi)完成。

無焰燃燒火焰分布均勻，燃燒溫度低，同時(shí)羥基生成少，這使得NOx產(chǎn)生更少。無焰燃燒需要以下條件：①分別射入高動(dòng)量的空氣和燃料流；②大量?jī)?nèi)部的或者外部的高溫燃燒產(chǎn)物循環(huán)；③熱量的快速移除，以保證爐膛內(nèi)各處均未達(dá)到絕熱火焰溫度。無焰燃燒不需要傳統(tǒng)的穩(wěn)燃裝置或條件(比如強(qiáng)渦)。為了建立一個(gè)火焰，燃料與氧化劑之比必須在可燃極限之內(nèi)，同時(shí)需要點(diǎn)火裝置。一般情況下，火焰在點(diǎn)燃以后一般自己充當(dāng)點(diǎn)火器，對(duì)來流進(jìn)行點(diǎn)火。這就需要足夠高的火焰溫度來達(dá)到zui小點(diǎn)火能量，但是高的火焰溫度會(huì)使得NOx生成增加。