煤粉炉的分级燃烧技术分析

煤粉炉的分级燃烧技术分析

朱兵兵

（新疆美克化工股份有限公司）

摘要：在全国，乃至全球，煤经常作为一种非常丰富的化石材料，在我们整个的化石燃料资源存储当中占有很大的比例，同时也是我们生活中的一项重要资源。随着社会的发展和进步，我国的社会生产力也有了明显的提升，那自然而然就会带动煤的需求量的提升。但是，在煤的使用过程中，会挥发出很多有毒的气体，这些有毒的气体不仅会影响到人们的生命健康，也会对生态环境造成一定的影响。本文主要分析了煤粉燃烧过程NOx的形成机制和特点，研究了减少NOx生成量的基本途径和分级燃烧的基本原理，并且对煤粉分级燃烧技术的发展前景进行了概述。因此，有效的分折和研究煤粉炉分级燃烧技术是非常必要的，需要有关部及工作人员高度重视起来，只有这样，才能够促进我国的锅炉企业向着更加合理的方向通进。

关键词：煤粉炉；分级燃烧技术；燃烧；技术分析

随着社会经济的发展与进步，人们对于自身的生存环境和生命健康上提出了更高的要求。煤炭作为我们生活中一种非常重要的资源，是维系我们生活的重要所在。但是，对于其燃烧过程中排放出来的有毒气体也需要高度的重视起来。煤粉炉的分级燃烧技术，就能够在一定程度上解决此项问题，有效的降低N0x的排放浓度，为人们的健康生活提供相应的保证，因此，需要有关部门及工作人员高度的重视起来。

1煤粉炉的分级燃烧技术现状

1.1煤粉炉的分级燃烧技术概述

燃料分级燃烧技术又称为再燃烧技术或三级燃烧技术，这种技术的特点就是，其燃烧的区域一般分为3个区域。首先要说的当然是一次燃烧区（即主燃烧区），在这个区域内呈现氧化性或弱还原性气氛；其次就是第二燃烧区，就是将已经燃烧过的二次燃料再次送入炉内，这个区域内呈还原性气氛（α<1）。在这个区域内的燃料会在高温和还原气氛下，生成的碳氢原子团会与一次燃烧区生成的NOx反应，然后主要生成N2。那这个区域就被称为还原区或再燃烧区，那第二次燃烧的燃料也被称为再燃燃料；最后要说的一个区域就是燃尽区，这个区域在还原区的上方，这个区域主要是将二次风送入燃尽区，使再燃燃料燃烧完全，那这部分的二次风就被称为燃尽风。即使在这个燃尽过程中，同样也会不可避免的生成少量的NO，但总的来说，对比之前的NO的量，使用再燃烧技术后，煤粉炉最终NOx排放量会大大降低。

1.2应用前景

燃料分级燃烧技术目前在我国的应用前景还是比较好的，因为该技术对锅炉的要求相对较低，可应用于各种化石燃料锅炉，并且还可以和其他技术结合使用，比如说将燃烧后的尾气进行脱硝和在燃烧时利用空气分级等。再加上该技术在结构相对简单，运用和操作都比较方便，所以相对于利用尾气脱硝的二次措施来说，对于该项技术所用的设备的投资还是比较小的。如果再燃燃料是天然气的话，那就会增加整个机组的运行费用，但是如果采用超细煤粉作为再燃燃料，运行费用不会产生大的变动，所以煤粉炉的分级燃烧技术的应用前景很好。再加上我国的环保政策，目前国家已经把环境保护的问题提上了重要的议事日程，正不断加大力度对环境进行治理。所以这种能降低空气污染，同时还能节约资源的燃烧技术，会受到国家的支持的。

2分级燃烧原理

2.1燃煤过程NOx的形成

在燃煤过程中，出现NOx的机理主要有三种，分别是瞬态型NOx，热力型NOx和燃料型NOx。瞬态型NOx与温度的关系不大，其主要来源于空气中的氮分子。在煤粉燃烧的过程中，一般燃烧的碳氢火焰会产生CHi游离基，那游离基跟空气中的氮气（N2）反应，就会形成HCN或者NHi，然后再与空气中的氧气反应形成NO。瞬态型NOx的生成量与氮气浓度以及碳浓度都有关系。热力型NOx是指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx，其基础是空气中氮气和氧气间的氧化反应，这个可用Zeldovich机理描述。Zeldovich机理具有很高的活化能，所以要形成热力型NOx的条件是在高温（>1400℃）情况下，此外热力型NOx的生成量也会受到高的氧原子浓度及长的停留时间的影响。热力型NOx在全部NOx排放量中的占有量也是相对较少的，大部分的NOx还主要是燃料型NOx，当然这是相对于固态排渣直流燃烧的煤粉炉来说的。

之后伴随着焦碳的燃尽和煤粉的热解，在煤中被束缚的氮也会随之出来，并转化为HCN，然后经过一定的反应就会形成NHi，那NHi又会与空气中的氮氧分子发生反应，如下所示：

由图1可知，当上升烟气中NOx遇到碳氢化合物时，会被还原为HCN，从而减少NOX的排放量，达到减少有毒气体排放的目的，所以这也为燃料的分级燃烧提供了理论基础，能够更好的实施该项技术。

2.2低NOx的分级理论

以上的机理能够清晰的表明N0x在煤粉炉当中主要在高氧、高温的主要燃烧区域当中存在着，所以，将主燃烧区域内的氧量适当的降低下来，对于阻挡NOx的产生必将会带来非常巨大的帮助。分级燃烧主要是对送风方式进行改变，对炉内的控制分布进行合理的控制，实现燃料的分区燃烧，是有一定的组织构建起来的。其结构组织就是在炉膛轴向的基础上，实现空气的分级，降低主燃烧区域内的氧气含量，从而抑制N0x的形成；同时，将燃尽风引入到炉膛上部，构建富氧气氛，这样就能够使其中的煤粉完全的燃烧，减少有毒气体的排放。

采用以上的空气分级系统，不仅能使炉墙得到有效的保护，还能够使煤粉燃烧所应用的过量空气系数降低，并且还能降低送、引风机的功率消耗和排烟的热损失。所以，对炉内煤粉的分级燃烧进行合理的组织，不但能降低N0x的排放量，也能优化炉膛内煤粉的充分燃烧，进而将运行的经济效益提升上来。

3技术讨论

3.1影响轴向分级风情况

在炉内空气系数达到1.12左右时，炉膛内的空气系数出口过剩，要对其进行控制，一般是提升轴向分级风的份额，以降低主要燃烧区域内的多余空气系数，进而达到抑制NOx的目的。在一定的负荷之下，尽可能提升燃尽风的份额，进而降低NOx在烟气中的浓度，使脱硝的效率能有效的提升。

3.2影响二次风径向的分布

在70%、80%、90%的负荷下将轴向分级风要予以关闭，这样才能对N0x受到径向空气分级的影响进行有效的测试。

二次风由于被径向空气分级，所以一般的重要组成部分会有两部分：第一部分就是四角切圆，一般存在于燃烧中心；其次，向着炉墙的位置偏离，和燃烧中心有一定的距离。这样对于煤和空气的混合不但能够有效的延缓，减缓了NOx的产生，也能够使炉墙周围氧化的气氛得到有效的保证，从而降低炉墙的结渣和腐蚀。

3.3影响炉膛过量空气系统的情况

这就能够有效的证明，将径向空气分级和轴向空气分级有效的应用到切圆燃烧煤粉锅炉中，能够将炉内的空气分布合理的组织起来，还能降低总的过剩空气系统。

这种措施的使用，不仅能有效的降低NOx的排放量，也能防止炉墙的结渣和腐蚀。同时，还能使煤粉炉内的一些过剩的空气系数有效的降低，从而降低引、送机的能耗和排烟损失情况，还能使锅炉的经济性和效率在一定程度上得到改善，进而使锅炉系统在应用的过程中能够更加的科学、规范。

4结论

不同的煤粉炉的分级燃烧结构也是不一样的，对于固态排渣、四角切圆燃烧的煤粉炉来说，决定其有毒气体排放量大小的主要因素是燃料型NOx，相对来说热力型NOx的影响较小。其中对于炉内的轴向和径向的空气分级要合理的组织起来，这样不仅能够降低主燃区域的含氧量，同时也会对于抑制NOx的产生带来极大的帮助。所以本文对煤粉炉的分级燃烧的技术研究就有很大的意义。

参考文献：

[1]邱广明.煤粉炉的分级燃烧技术研究[J].热能动力工程，2000（5）：556-559.

[2]刘霞.400t/h四角切圆煤粉炉分级燃烧技术降低NOx排放的研究与数值模拟[J].东南大学学报，2010（1）.

[3]赵琛杰.水煤浆空气分级燃烧技术降低NOx排放试验研究及数值模拟研究[D].浙江大学，2009.