在日益严格的环保要求下,锅炉(或窑炉)的低氮氧化物(Nox)排放已成为刚性指标。作为实现低氮燃烧的核心,燃烧器配风方式的优化与调整直接决定着NOx生成量和锅炉(或窑炉)运行效率。
一、低氮燃烧的核心原理:分级送风,抑制NOx
传统燃烧方式中,燃料与空气过早充分混合,在高温富氧环境下极易生成大量NOx。低氮燃烧器则通过“风粉分离、分级燃烧” 打破这一过程:
富燃料区(还原区):一次风携带煤粉先进入缺氧环境燃烧,生成CO等还原性气体,将已生成的NOx还原为N。
燃尽区(氧化区):后续分级送入的二次风、三次风确保燃料充分燃尽。
核心目的:降低火焰峰值温度,创造还原性气氛,减少热力型NOx和燃料型NOx的生成。
二、低氮燃烧器常见配风方式详解
根据燃烧器类型(旋流、直流)和设计理念,主要配风方式包括:
一次风作用:输送煤粉,提供初期燃烧所需部分氧气。
关键点:低氮燃烧要求较低的一次风率(通常占理论总风量的15%-25%),维持煤粉浓度,形成强还原区。风温需保证干燥和输送。
内二次风作用:紧邻一次风喷口送入,控制还原区长度和强度,是抑制NOx的关键调节手段。
关键点:通常设计为可旋流,通过调节旋流强度和风门开度,改变气流扩散角、回流区大小,从而影响煤粉与空气的混合时机和还原区特性。关小ISA风门/减弱旋流,能强化还原作用,降低NOx,但需防止结渣和燃烧不稳。
外二次风或周界风作用:包裹在燃烧器最外层送入,提供燃尽所需的主要空气,并冷却燃烧器喷口,防止烧损和结渣。
关键点:通常设计为直流或弱旋流。调节风门开度主要影响燃尽度和炉膛出口氧量。开大OSA有助于燃尽,但过量可能穿透火焰中心破坏还原区。
燃尽风作用:在燃烧器上方一定高度处单独送入,是空气分级的核心。延迟大量空气的混入,确保主燃烧区处于还原状态。
关键点:OFA风量占比大(可达总风量的15%-30%),其喷口位置(高度)、倾角、风速设计及风量分配对降低NOx和保证燃尽至关重要。增加OFA风量/提高喷口位置,能显著降低NOx,但必须同步优化保证CO和飞灰含碳量不超标。
三次风(针对中间储仓式制粉系统)作用:输送细粉分离器分离后的乏气(含10%-15%细煤粉)。
关键点:风温低、水分高、煤粉细。其喷入位置(通常在主燃烧器上方)和风量对NOx和燃烧效率有影响,需谨慎控制。
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