通常認為,在全預混低氮鍋爐的燃燒過程中,熱力型NO對氮氧化物的貢獻率為90%~95%,而快速型NO的貢獻率僅為5%~10%。在某些情況,如在全預混低氮鍋爐爐膛溫度較低、富氧燃燒的擴散火焰條件下,快速型NO的影響占主導地位。降低氮氧化物的主要方向是抑制火焰峰值溫度,縮短煙氣在爐膛高溫區的停留時間,降低氧氣濃度等。具體的技術手段包括:稀薄預混燃燒技術、火焰冷卻、煙氣再循環等。

        1、稀薄預混燃燒技術。即通過控制過剩空氣系數來控制燃燒溫度,但會使火焰變得不穩定甚至熄火。稀薄預混燃燒技術與多孔介質(如金屬纖維網)燃燒的結合,改善了上述情況。多孔介質的孔隙很小,一般不存在宏觀尺度上的火焰,從理論上講,不會發生回火、熄火等情況,從而克服了稀薄預混燃燒的缺點。多孔介質的存在顯著改善了燃燒室的換熱性能,可燃混合氣燃燒放出的熱量可迅速傳遞到多孔介質中,并通過多孔介質以輻射和導熱方式向低溫區域傳熱,使新鮮可燃混合氣得到有效預熱,促進火焰區的化學反應,使火焰傳播速度明顯增大,還可避免局部高溫區的形成,從而顯著消減氮氧化物的形成。

        2、火焰冷卻。利用燃燒產物、水或蒸汽降低火焰溫度,目的是為了降低火焰峰值溫度和縮短煙氣在高溫區的停留時間。

        3、煙氣再循環。將煙氣混合在燃料或空氣中,延緩燃料與空氣之間的混合,使得反應區域氧氣濃度降低,并降低全預混低氮鍋爐爐膛溫度。然而,煙氣再循環技術中煙氣回流量的調節和控制較為復雜,回流煙氣與空氣混合后易產生凝結水,對全預混低氮鍋爐燃燒器造成腐蝕。此外,由于回流煙氣的含氧量低于空氣的含氧量,為了維持全預混低氮鍋爐合適的空燃比,燃氣流量也應相應降低,從而導致燃燒器的熱功率下降。

        我們基于稀薄預混燃燒技術(結合多孔介質)、火焰冷卻技術,對兩種全低氮燃燒技術——貧燃料預混燃燒技術、水冷卻預混燃燒技術工藝與實際應用效果進行探討。

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