燃?xì)馊紵^(guò)程中產(chǎn)生的NOx的主要有燃料型、熱力型和快速型。

01

熱力型NOx

由空氣中的N₂在高溫下氧化產(chǎn)生，反應(yīng)溫度越高，NO_X的生成速度越快。影響因素如下：

a)火焰溫度，當(dāng)溫度低于1300℃，產(chǎn)生的NO_X很少，溫度超過(guò)1500℃時(shí)，NO_X將會(huì)成倍增加。

b)氧氣濃度：氧氣濃度越高，NO_X產(chǎn)生量越大。

c)燃燒時(shí)間：在高溫區(qū)停留時(shí)間越長(zhǎng)，NO_X生成量越多。

02

快速型NOx

燃燒過(guò)程中碳?xì)浠衔锔邷胤纸猱a(chǎn)生CH自由基和空氣中的N₂分子反應(yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步氧化，反應(yīng)的時(shí)間只需要60ms?？焖傩?/span>NO_X的生產(chǎn)量占比非常少，通常不足5%。

03

燃料型NOx

指的是燃料中的含氮化合物在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的，含氮化合物中的氮通常以原子狀態(tài)存在，其結(jié)合鍵能量小，在燃燒過(guò)程中很容易分解出來(lái)氧化成NO_X，由于天然氣中基本不含有固定氮，所以燃料型NO_X基本可以忽略。

綜上，我們?cè)谶M(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改進(jìn)時(shí)，主要控制的是熱力型NO_X，根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理，控制的方向是降低火焰溫度，尤其是降低火焰峰值溫度，縮小火焰高溫區(qū)的范圍，縮短煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間，降低氧氣的濃度等。

按照控制NO_X排放的主要措施按控制的環(huán)節(jié)不同可以分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是控制NO_X的產(chǎn)生，通過(guò)降低燃燒高溫區(qū)的溫度，縮小高溫區(qū)的分布范圍，具體的措施有：燃料/空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，煙氣再循環(huán)技術(shù)（內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)），全預(yù)混表面燃燒技術(shù)，水冷燃燒技術(shù)，低過(guò)量空氣系數(shù)等方法。第二類(lèi)是煙氣脫硝技術(shù)，就是說(shuō)對(duì)煙氣中已經(jīng)產(chǎn)生的NO_X進(jìn)行處理，主要的相關(guān)技術(shù)有：貴金屬催化脫硝法，選擇性催化還原法（SCR），選擇性非催化還原法(SNCR)、堿液吸收法等。

在燃?xì)忮仩t行業(yè)目前應(yīng)用較多、有效且簡(jiǎn)單的控制氮氧化物的方式主要為燃燒控制法，即第一類(lèi)。主要是通過(guò)優(yōu)化爐內(nèi)燃燒工況，合理優(yōu)化燃料與空氣混合，控制火焰分布，降低爐膛內(nèi)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)降低制氮氧化物。常見(jiàn)的有以下幾種方法：

• 空氣分級(jí)燃燒

將燃燒所需要的空氣分階段與燃料混合燃燒，降低燃燒強(qiáng)度和火焰溫度。二次供風(fēng)出口速度很高，卷席周?chē)鸁煔?，使得煙氣在爐內(nèi)再循環(huán)。分級(jí)配風(fēng)一方面降低了中心火焰的溫度，另外一方面稀釋了火焰表面的氧濃度，從而抑制了NO_X的生成。

 

圖1 分級(jí)配風(fēng)示意圖

 

• 燃料分級(jí)燃燒

燃料分級(jí)燃燒是指將燃?xì)鈴牟煌膮^(qū)域送入爐膛，使得燃料分階段、分區(qū)域進(jìn)行燃燒。充分利用燃燒室的空間，將燃料分散布置，降低火焰集中度，降低高溫區(qū)的溫度。

• 分級(jí)燃燒

一般低氮燃燒器將空氣分級(jí)和燃料分級(jí)相結(jié)合，統(tǒng)稱(chēng)分級(jí)燃燒技術(shù)。分級(jí)燃燒技術(shù)原理實(shí)質(zhì)是通過(guò)貧氧和過(guò)氧相結(jié)合，使火焰分散，降低火焰溫度，促使?fàn)t內(nèi)煙氣局部循環(huán)，形成還原氣氛，部分還原已經(jīng)產(chǎn)生的NO為N₂，從而在總量上控制NO_x的排放濃度。

分級(jí)燃燒技術(shù)雖然可以一定程度降低氮氧化物的產(chǎn)生，但是很多燃燒器在實(shí)際使用中沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)助燃空氣和燃?xì)獾某浞只旌?，爐膛內(nèi)存在局部高溫區(qū)，其溫度高于產(chǎn)生熱力型NOx的溫度，造成NOx濃度超標(biāo)。另一方面，有可能出現(xiàn)燃料和空氣的混合流動(dòng)不佳，造成一氧化碳超標(biāo)，局部積碳等不完全燃燒的現(xiàn)象。為了降低反應(yīng)溫度，需要盡可能使火焰分散，擴(kuò)大火焰形狀，也就是說(shuō)需要結(jié)合爐膛配合使用，而大多是情況是爐膛體積有限，為了避免火焰相對(duì)爐膛過(guò)大，通常會(huì)降低燃燒器的輸出功率，這樣可以降低NOx濃度及保證充分燃燒，但是缺點(diǎn)是鍋爐的功率下降了，而且有煙氣冷凝的風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，分級(jí)燃燒一般可將NOx排放濃度控制在60~80 mg/m3，可滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)于目前的很多地方標(biāo)準(zhǔn)，這種技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足。

實(shí)際工程應(yīng)用中，分級(jí)燃燒會(huì)和煙氣再循環(huán)技術(shù)(FGR)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，以滿(mǎn)足30mg/m³的排放要求。

• 煙氣再循環(huán)技術(shù)（FGR）

煙氣再循環(huán)技術(shù)指的是將燃燒后的部分煙氣（主要為水蒸氣、二氧化碳和氮?dú)猓┮龇祷刂寥紵?，與新鮮的空氣混合參與燃燒。再循環(huán)煙氣的溫度與爐膛內(nèi)的火焰溫度比要低得多，能夠顯著降低爐膛內(nèi)的溫度，減少爐膛容積熱強(qiáng)度。同時(shí)，由于引入的煙氣含氧量極低，在爐膛內(nèi)可以有效降低爐膛內(nèi)的氧氣濃度，有效抑制了NOx的形成。

圖2  煙氣外循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)