[實用新型]一種煤粉高溫低NOx的燃燒裝置

有效

• 申請號: 201220147242.X
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN202675267U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 潘玉明;賈明生
• 申請（專利權）人: 上海題橋能源科技發展有限公司
• 主分類號: F23C5/08
• 分類號: F23C5/08;F23C7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本實用新型涉及一種煤粉高溫低NO_X的燃燒裝置，屬于煤粉清潔燃燒技術領域。?

背景技術

氮氧化物(NO_X)被認為是大氣環境污染的主要來源之一，NO_X除了形成酸雨，破壞生態環境，還能形成光化學煙霧，直接危害人類健康。目前，NO_X在我國已經成為僅次于SO₂的大氣污染物。我國是一個以煤炭為主要能源的發展中國家，預計在未來的30～50年內，以煤為主要能源結構不會改變。燃煤將產生大量的NO_X，日益嚴格的環保法規要求研究開發先進的燃燒技術，以減少NO_X等污染物的排放。現在控制NO_X的有效途徑主要是改善燃燒，具體措施是改進燃燒方式和改變運行條件。?

在目前的煤粉燃燒方式和燃燒溫度下，煤燃燒生成的NO_X中，NO占90％以上，NO₂占5％～10％，而N₂O占1％左右，因此NO_X的排放量主要由NO決定。煤燃燒生成NO途徑主要有三種：(1)燃料型NO(Fuel?NO)。由燃料中的氮化合物熱解后又接著氧化而生成。煤燃燒過程由揮發分燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，氮化合物中的氮在這兩個階段中析出的比例隨著燃燒條件的不同而變化。當煤的揮發分增大，熱解溫度和加熱速度提高時，煤中的母氮在揮發分燃燒階段釋放出的比例增加。在這一階段，母氮以HCN和NH₃形式釋放后，氧化成NO，生成的NO在缺氧的環境中會還原出N₂。揮發分析出后，殘留在焦炭中的母氮也會在焦炭燃燒階段通過異相反應生成NO，同時焦炭表面炭的還原作用還會將部分NO變成N₂；(2)熱力型NO(Thermal?NO)。由空氣中的氮氣在高溫下氧化生成，它強烈地依賴火焰溫度和氧氣濃度，當溫度低于1350℃時，幾乎沒有熱力型NO的生成，只有當溫度超過1600℃且富氧燃燒時，如傳統的液態排渣煤粉爐中，熱力型NO才可能占到20％～30％；(3)快速型NO(Prompt?NO)。主要是指燃料中的碳氫化合物在燃料濃度較高區域燃燒時所產生的烴(CHi)等與燃燒空氣中的氮氣發生反應，形成的CN、HCN，繼續氧化而生成的NO_X。因此，快速型NO主要依賴于溫度，且一般在富燃料碳氫火焰中占更大的優勢，在燃煤鍋爐中其生成量占總NO比例通常在5％以下。?

眾所周知，煤炭中的氮含量一般在0.5％～2.5％左右，它們以氮原子的狀態與各種碳氫?化合物結合成氮的環狀化合物或鏈狀化合物。由于煤中含氮有機化合物的N-C和N-H鍵能較空氣中N≡N的鍵能小得多，燃料型NO是煤燃燒時產生NO的主要來源，約占NO_X生成總量的75％～90％。因此，要控制煤燃燒過程NO_X的排放，主要是控制燃料型NO的生成。由燃料型NO的生成機理可知，按以下原則組織燃燒有利于NO_X排放的極小化。(1)在揮發分析出和燃燒的初期，促使煤粉氣流與熱煙氣盡可能快地混合，提高煤粉細度，這樣可以提高熱解溫度和加熱速度，使更多的母氮在這個階段得到釋放；(2)在揮發分燃燒階段，減小局部過量空氣系數，創造局部的缺氧環境，使釋放出的母氮盡可能多地通過NO的還原反應生成N₂，這時雖然燃料中的母氮析出較多，但由于還原性氣氛的存在，NO的生成量卻大大減少；(3)在揮發分的燃燒基本結束的同時，焦炭開始燃燒，火焰溫度將逐漸達到最大，繼續保持局部的缺氧環境，有利于NO被還原充分，同時，在缺氧的條件下，即使火焰溫度達到1600℃以上，形成的熱力型NO也較少；(4)燃料在還原區作充分的停留后，接著進入下一區段，在該區段內送入完全燃燒所需的剩余空氣。這就是空氣分級燃燒的基本原理，分級燃燒能同時降低熱力型NO和燃料型NO。?

由熱力型NO的生成機理可知，影響NO生成量的主要因素是火焰溫度、氧氣的濃度和停留時間。長期以來，本領域的傳統觀點認為：爐內溫度越高則熱力型NO_X生成量越多。其實此種觀點是存在一定技術偏見的，只有當過剩空氣系數α＞1時才是正確的。而當燃燒區α＜1時，溫度越高，保持還原性氣氛時間越長，越能促使NO_X的還原反應生成N₂的有利因素。因此，組織空氣分級燃燒時，應根據煤質特性將燃燒區的溫度控制在最有利于降低NO范圍。?