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說一說低氮燃油燃氣鍋爐燃燒的原理
發布日期:2017-9-26 | 點擊:3261

說一說低氮燃油燃氣鍋爐燃燒的原理

  在燃氣鍋爐燃燒時排放的廢氣中含有大量的氮氧化合物,此廢氣給人們生活中帶來了很大的危害,同時導致PM2.5大大提高,從而致使生態壞境受到嚴重破壞,為了使鍋爐燃燒時大大降低氮氧化合物的生成,從以下幾個方麵來闡述燃氣鍋爐在低氮燃燒時的原理:
一、天然氣成分及種類(LNG、CNG)
   1、LNG簡介:液化天然氣密度是標準狀態下甲烷的625倍。也就是說,1m3液化天然氣可氣化成625 m3天然氣,由此可見貯存和運輸的方便性。LNG是一種清潔能源,排放可以達到歐IIII標準。
   LNG密度:0.42~0.46 g/cm3 根據單位換算1立方米等於0.45噸
   液化天然氣氣化比是1噸1495標方。
   LNG重量僅為同體積水重量的45%
   據一些資料可得這些燃料的典型熱值及產生的CO2:
   天然氣 8300千卡/m3,產生的CO2為1.885kg;
   標準煤 7000千卡/kg,產生的CO2為3.6kg;
   原油 9200千卡/kg
   原油的碳含量按85%,產生的CO2為3.1kg,
   各發10000千卡熱量,需天然氣 1.20 m3,產生CO2,2.26 kg;
   原油 1.09kg,產生CO2,3.37 kg; (天然氣比石油CO2排放減少33%)
   標準煤 1.73kg,產生CO2,5.14 kg。(天然氣比石油CO2排放減少56%)
   天然氣與煤炭和石油相比,確實減少了C排放。而且幅度很明顯。政府推動使用LNG和天然氣的動力就會很足,因為減少溫室氣體排放,現在減少C排放是一種政治。
   2、天然氣分類
   按照所使用天然氣燃料狀態的不同,天然氣可以分為:
   (1)壓縮天然氣(CNG)
壓縮天然氣是指壓縮到20.7—24.8 MPa的天然氣,儲存在車載高壓氣瓶中。壓縮天然氣(CNG)是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體,主要成分是甲烷,由於組分簡單,易於完全燃燒,加上燃料含碳少,抗爆性好,不稀釋潤滑油,能夠延長發動機使用壽命。
   (2)液化天然氣(LNG)
   液化天然氣是指常壓下、溫度為-162度的液體天然氣,儲存於車載絕熱氣瓶中。LNG燃點高、安全性能強,適於長途運輸和儲存。
   壓縮天然氣(CNG)體積能量密度約為汽油的26%,而液化天然氣(LNG)體積能量密度約為汽油的72%,是壓縮天然氣(CNG)的2.77倍,因而使用LNG的汽車行程遠,相對可大大減少汽車加氣站的建設數量。 與同功率的燃油車相比,天然氣汽車尾氣中HC(碳氫化合物)可下降90%,CO降低80%,NOX下降40%;天然氣在溫室氣體減排方麵具有顯著的優勢。國外研究結果表明,天然氣汽車的CO2排放量與傳統車相比可降低20%以上;
   3、天然氣的其他屬性介紹
   (1)天然氣的熱值:
天燃氣每立方燃燒熱值為8000大卡至8500大卡。每公斤液化氣燃燒熱值為11000大卡。氣態液化氣的比重為2.5公斤/立方米。每立方液化氣燃燒熱值為25200大卡。這樣可看出一立方液化氣燃燒熱值是天然氣的三倍,但還有報道說液化氣熱值是天然氣的7倍。
每瓶液化氣重14.5公斤,總計燃燒熱值159500大卡,相當於20立方天然氣的燃燒熱值。
   (2)天然氣的應用領域
   1. 民用燃料:天然氣價格低廉、熱值高、安全性能、環境性能好,是民用燃氣的首選燃料。
   2. 工業燃料:以天然氣代替煤,用於工廠采暖,生產用鍋爐以及熱電廠燃氣輪機鍋爐。
   3. 工藝生產:如烤漆生產線,煙葉烘幹、瀝青加熱保溫等。
   4 .化工原料:如以天然氣中甲烷為原料生產氰化鈉,黃血鹽鉀,赤血鹽鉀等。
   5. 壓縮天然氣汽車:用以解決汽車尾氣汙染問題。
   (3)主要優點 
天然氣是較為安全的燃氣之一,它不含一氧化碳,也比空氣輕,一旦泄漏,立即會向上擴散,不易積聚形成爆炸性氣體,安全性較高。采用天然氣作為能源,可減少煤和石油的用量,因而大大改善環境汙染問題;天然氣作為一種清潔能源,能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%,減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,並有助於減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,從根本上改善環境質量。其優點有:
   ① 綠色環保
   天然氣是一種潔淨環保的優質能源,幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質,燃燒時產生二氧化碳少於其他化石燃料,造成溫室效應較低,因而能從根本上改善環境質量。
   ② 經濟實惠
   天然氣與人工煤氣相比,同比熱值價格相當,並且天然氣清潔幹淨,能延長灶具的使用壽命,也有利於用戶減少維修費用的支出。天然氣是潔淨燃氣,供應穩定,能夠改善空氣質量,因而能為該地區經濟發展提供新的動力,帶動經濟繁榮及改善環境。
   ③ 安全可靠
   天然氣無毒、易散發,比重輕於空氣,不宜積聚成爆炸性氣體,是較為安全的燃氣。
   ④ 改善生活
   隨著家庭使用安全、可靠的天然氣,將會極大改善家居環境,提高生活質量。
   (4)天然氣耗氧情況計算:
   1立方米天然氣(純度按100%計算)完全燃燒約需2.0立方米氧氣,大約需要10立方米的空氣。
二、低氮燃燒的原理
    鍋爐低氮燃燒主要是靠燃燒機及鍋爐產品共同開發來完成,一是增加爐膛的燃燒麵積,二是對燃燒機進行回流燃燒。現在從以下幾個方麵來闡述低氮燃燒的原理:
   1、 低氮燃燒機技術性能
   ● 單段火、兩段火、兩段火漸進式/比例調節
   ● 能適應任何類型的燃燒室。
   ● 空氣和燃氣在燃燒頭混合。
   ● 通過調節燃燒空氣和燃燒頭,可以獲得最佳的燃燒參數。
   ● 無須把燃燒器從鍋爐上拆下,就可直接取下混合裝置,從而可以方便的進行維修保養。
   ● 采用伺服電動機來進行第一、二段空氣流量調節,並且當燃燒器停止運行時,風門關閉以減少爐內熱量損失。
   ● 可以給閥組加一個閥的密封控製裝置。
   ● 采用一個法蘭和一個絕緣密封圈與鍋爐連接固定;配有一個4孔和7孔聯接器。
   ● 根據要求可提供大於標準長度的鼓風管。
   2、主要分類
   (1)重油燃燒器,燃氣燃燒器以及雙燃料燃燒器(輕油/燃氣或重油/燃氣)。
   (2)按運行和操作方式分為:歐瑞特燃燒器有一級、兩級、漸進兩級式和帶比例調節器的漸進兩級式等(後者實行比例調節運行)
   (3)工業燃燒器係列:均為大功率燃燒器,專為特殊工業應用而設計。
   (4)依據降低NOx的燃燒技術的分類
   燃燒器是工業燃油鍋爐、燃氣鍋爐上麵的的重要設備,它保證燃料穩定著火燃燒和燃料的完全燃燒等過程,因此,要抑製NOx的生成量就必須從燃燒器入手。根據降低NOx的燃燒技術,低氮氧化物燃燒器大致分為以下幾類:
   a、階段燃燒器
   根據分級燃燒原理設計的階段燃燒器,使燃料與空氣分段混合燃燒,由於燃燒偏離理論當量比,故可降低NOx的生成。
   b、自身再循環燃燒器
   一種是利用助燃空氣的壓頭,把部分燃燒煙氣吸回,進入燃燒器,與空氣混合燃燒。由於煙氣再循環,燃燒煙氣的熱容量大,燃燒溫度降低,NOx減少。
另一種自身再循環燃燒器是把部分煙氣直接在燃燒器內進入再循環,並加入燃燒過程,此種燃燒器有抑製氧化氮和節能雙重效果。
   c、濃淡型燃燒器
   其原理是使一部分燃料作過濃燃燒,另一部分燃料作過淡燃燒,但整體上空氣量保持不變。由於兩部分都在偏離化學當量比下燃燒,因而NOx都很低,這種燃燒又稱為偏離燃燒或非化學當量燃燒。
   d、分割火焰型燃燒器
   其原理是把一個火焰分成數個小火焰,由於小火焰散熱麵積大,火焰溫度較低,使“熱反應NO”有所下降。此外,火焰小縮短了氧、氮等氣體在火焰中的停留時間,對“熱反應NO”和“燃料NO”都有明顯的抑製作用。
   e、混合促進型燃燒器
   煙氣在高溫區停留時間是影響NOx生成量的主要因素之一,改善燃燒與空氣的混合,能夠使火焰麵的厚度減薄,在燃燒負荷不變的情況下,煙氣在火焰麵即高溫區內停留時間縮短,因而使NOx的生成量降低。混合促進型燃燒器就是按照這種原理設計的。
   f、低NOx預燃室燃燒器
   預燃室是近10年來我國開發研究的一種高效率、低NOx分級燃燒技術,預燃室一般由一次風(或二次風)和燃料噴射係統等組成,燃料和一次風快速混合,在預燃室內一次燃燒區形成富燃料混合物,由於缺氧,隻是部分燃料進行燃燒,燃料在貧氧和火焰溫度較低的一次火焰區內析出揮發分,因此減少了NOx的生成。
   g、氮氧化合物的生成
   N₂+ O₂→ NO₂+ O₂→N₂O₃+ H₂O→H₂NO₃
   注:以上氮氧化合物是在爐膛溫度為1200-1500℃下生成的,而燃氣鍋爐的爐膛實際溫度為1500-1700℃,所以在這種情況下大量的生成氮氧化合物,為了避免氮氧化合物的生成,必須采取以下措施:
   ①將鍋爐爐膛直徑加大、長度加長,增大燃燒麵積,
   ②增加天然氣與空氣的流速,從而減少氧氣與氮氣在高溫區域的存留時間,
   ③降低爐膛溫度(鍋爐的低氮排放與高效燃燒之間本身就存在矛盾)。
   綜上所述,低氮燃油燃氣鍋爐目前是我國將來勢在必行的改革發展方向。

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