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各种低氮燃烧技术的特点

技术

01

扩散式燃烧

   这是一种最简单的燃烧方式,该燃烧方式的优点是简单、容易点火、不会回火、燃烧稳定及燃具结构简单。缺点是,对于空气需求量大的高热值燃气,靠层流扩散达不到完全燃烧,烟气中C0含量比较高,燃具体积比较大。强制鼓风扩散燃烧方式多用于工业炉中的工业燃烧器。采用这种燃烧方式需要合理地组织空气与燃气混合,避免产生大量的N0xC0

          O2含量2%--12%;,相对点火容易。但是,NOX含量无法控制。


技术

02

部分预混式燃烧

部分预混式燃烧习惯上又称大气式燃烧。与扩散式燃烧相比,部分预混式燃烧具有燃烧完全、火焰短、热强度大的优点,但是这种燃烧方式可能产生回火、离焰与脱火,在控制好一次空气的条件下,能具有一定范围的不离焰、不回火的稳定火焰区,在此区内可以调节热负荷。部分预混式燃烧也有以下缺点:a.需要组织好二次空气,需要足够的二次空气进口面积及必要的炉膛高度,所以很难减小燃烧设备的体积。b.燃烧产物中N0x含量较高,采取措施后,N0x含量降低,而C0含量升高,很难达到C0N0x含量都降低的效果。

在有些较大功率燃烧器结构中,为了保证点火成功率,中心形成火焰黑区,采用部分预混。其他与扩散式燃烧相同。


技术

03

精准控制全预混式燃烧


将燃烧所需空气精准混入燃气再进行燃烧的全预混式燃烧,其特点是火焰短,附着于燃烧表面,甚至看不到火焰,故也称作无焰式燃烧。这种燃烧方式的稳定性较差,稳定燃烧的范围较小,必须采用防止离焰与回火的稳焰措施。

精准控制全预混式燃烧的优点:燃烧强度大,火焰短,可以降低炉膛高度;不需要二次空气,省去了二次空气的入口面积;具有较大的面积热强度与体积热强度,可缩小燃烧设备体积;火焰面可以靠近热交换器,增大传热系数;燃烧产物中C0N0x含量都比较低。

精准控制全预混式燃烧的缺点及特殊的技术要求:当热负荷较大时,无法利用燃气自身压力通过引射器吸入空气,需要有保证燃气与空气混合比例的装置,并且维持此比例不受热负荷变化的影响;应有可靠的避免离焰、回火的稳焰措施,必要时需要冷却头部,防止回火。

可能是未来的发展方式,目前还不成熟。


技术

04

全预混金属纤维燃烧



根据不同热值的燃气,设计不同的混风结构,通过改变局部流速,精准的控制混风量,使燃气与空气完全预混后,再进入燃烧过程。

通过将配方材料,以独特烧结工艺加工制成金属纤维,并以该纤维为主要材料,制作成需要的形状(通常为圆柱形)的燃烧头。该纤维表面所形成的空隙,将扩散型的火焰,分割成无数细小的独立火焰;配合一定的过氧系数,从而将火焰温度降至850℃左右;基本消除了热力型NOX的产生,只剩余快速型NOX化物。

金属纤维的配方:含铝、锰、铬等;易成型而且热膨胀系数极低。

金属纤维的加工工艺:有别于大多数同类金属纤维编结工艺,本材料采用烧结工艺,将衬板与纤维一次性复合加工而成因此,热强度与机械强度大幅度提高,也使得我们成为独家可以制作大型(>20MW)超低氮燃烧器的厂家。该材料空隙直径严格小于回火所需,具有止回火功能,而且使用寿命较长(>10年)

金属纤维毡解决了全预混燃烧方式易回火、燃烧不稳定的问题,但由于材料本身的柔软特性,安装时要特别注意防护机械损伤。



工业锅炉领域主流低氮技术路线

1、FGR技术

   
   分为外置烟气循环以及内置烟气循环,烟气再循环技术是在空气预热器前抽取的烟气与燃烧用的空气混合
,通过燃烧器送入炉内,不参与燃烧,但是起到降低火焰温度从而降低燃烧温度和氧的浓度,达到降低NOx 生成量的目的。一般再循环烟气率为15% 20% ,投资和运行费较大,占地面积大,要求炉膛尺寸较大。

2、分级燃烧技术

   分为空气分级供给和燃气分级供给两种方式;其原理是贫氧燃烧与过氧燃烧相结合,通过中和火焰温度,降低NOX化物浓度,以及形成部分NOX还原的条件,从而总量上降低排放。

   上述技术,没有脱离扩散式燃烧的本质,基本是通过扩大火焰表面积来达到降低火焰温度,从而降低NOX的目的。因此,所需要的炉膛尺寸较大,非常不利于锅炉钢耗降低,在新式冷凝锅炉上难以应用。在改造项目中,对于炉膛尺寸较小(铸铁锅炉、中心回燃锅炉)无法应用。

3、烟气后处理技术


  分为SNCRSCR。主要应用于电站锅炉等大型锅炉,通过添加化学药品的方式,中和NOX,工业锅炉基本不予采用。但是,去年芬兰奥林公司推出了一款固态贵金属脱硝设备,专门应用于大型工业锅炉,也是安装在烟道上,从原理上讲,属于后处理的范畴,只是将日常加药,转变为数年更换该设备,将长期的加药费用转为一次性支出。该技术已经开始在方庄供热厂58MW锅炉上进行了安装使用,测试效果还不错,但其高昂的设备价格,和短暂的使用寿命,将给改造企业,带来很大的经济负担。

4、全预混金属纤维燃烧技术

 

       为近年来最新发展起来的燃烧技术,其利用火焰分割降温原理和较高的空气过剩系数,降低火焰温度,最大限度的降低了NOX化物的生成,逐渐成为低氮燃烧技术的领先路线。

迈夫特燃烧器:我们所引进的全预混烧头,加之我们自行研发的混风技术,形成的迈夫特燃烧器,有别于传统的表面燃烧技术,在低氮燃烧领域获得了突破性的进展。后面,还将对此进行专门论述。

       迈夫特燃烧器介绍:根据上表可以看出,传统全预混表面燃烧技术全方位超越其他技术路线,但是其最大的问题是没有大型燃烧头。这样,在中型的锅炉中,就没有了用武之地。大型燃烧头的生产,不是简单的将小型燃烧头按面积比例增加即可;其中存在:加工设备工装大型化、机械结构强度设计、热强度设计、内部流体流速均匀度设计、输出功率设计等一系列复杂的问题。而我们在引进的核心部件厂家的选择时;尤其注意对这点的筛选和把握;最终选择了目前唯一可以生产大型烧头(=29MW),而且已经实际应用十数年的美国MFT公司作为合作伙伴;同时自己完成了对应功率燃烧器的CFD混风装置和风机的设计。形成了目前独有的40T以下的定型产品的研发试制。其造价,也是同类产品中,非常具有竞争力的;不仅远低于进口品牌。 

尤为重要的是,我们在安全方面的设计与配套,首先是烧头的制作;其分割孔径完全小于理论的回火直径,具有良好的止回性。

另外,在控制系统的选择上,我们选用符合国际标准且在市场上久经使用,稳定可靠的知名品牌;采用不可编程序模块;使燃烧设备只能按标准安全程序运行;从根本上杜绝人为操作失误可能带来的安全隐患。

在其他执行机构的配置上,我们采用多层保护配置;任一影响安全的数值出现;都将锁闭报警!

经过大量的在用锅炉测试、总结;结合我们研发团队的努力,我们创新性的使用了电子比调+空燃比调的复合型控制系统既保留了电子比调精准控制的优点;更为重要的是:确保了任何原因的空气衰减时;燃气量即刻同步同比例减少,完美规避了因过滤器堵塞等而可能导致的危险。

另外有一些对全预混金属纤维燃烧技术的常见误解,这里我们来逐一解答:

不明真相的小白

全预混金属纤维技术是不是易回火、易爆燃?

硕果仅存的锅炉专家

1、爆燃只是个例放大化,其他燃烧方式的燃烧机也有爆燃。金属纤维全预混燃烧对于空燃比例控制有一定的要求,当空气严重不足时,尤其是大功率运行工况下,如果不及时停止加热,极容易损坏表面织物,严重情况下会发生回火。

2、需要采用科学的炉头设计及点火方法,不同功率的燃烧机对于点火的方式有不同要求,应调整好点火功率;如果炉头设计不合理,点火方式不能及时将释放的可燃气体点燃,会引起爆燃。

解决方法:

1、正规燃烧机的空燃比例控制能力完全满足安全性能的要求,只要监控好烟气氧含量(推荐安装烟气氧量分析仪进行实时监测),出现异常及时调整或停机,就不会发生回火。

2、炉头设计方案必须经过炉外试烧和工况实践验证,功率较大时应采用引导火点火,同时,将点火功率尽量调小些,这样就不会发生爆燃

不明真相的小白

高氧含量的情况下,是不是会降低燃烧效率?

硕果仅存的锅炉专家

尽管金属纤维全预混燃烧达到超低氮燃烧需要高过量空气系数,但燃烧过程非常充分,应用在传统锅炉中,大多数情况都测试不到CO的含量。

不明真相的小白

锅炉效率会不会降低?

硕果仅存的锅炉专家

1、主流低氮燃烧控制技术都会带来锅炉效率的一定影响。传统锅炉简单更换金属纤维燃烧机,确实会带来1%左右的效率下降。这是增加过剩空气必然的结果,但是,如果供热项目热力运营管理不善,其它原因导致的热损失往往更大。

2、不同氮氧化物排放要求,效率的损失也存在差异。

解决方法:

1、任何技术都是有代价的,实施精细化热力运营管理,包括采用更节能的燃烧控制方式、加装新型更有效率的烟气余热回收装置,有利于减小实际热力运营的热损失。

2、最重要的,金属纤维全预混燃烧方式大大减小了对燃烧室体积的要求,重新针对性设计锅炉换热结构,提高锅炉换热效率,是经过国外实践证明的发挥该燃烧方式优越性的有效解决途径。

不明真相的小白

那是用全预混金属纤维燃烧器,改造费用是不是很高?

硕果仅存的锅炉专家

最重要的,金属纤维燃烧机安装简便,改造方案实现了传统燃烧机与锅炉的无缝对接,现场施工量极小,占地和传统机器也相差无几,特别适合场地有限的低氮燃烧改造项目。

不明真相的小白

据说这些核心部件都是国外进口的,MFT燃烧头能用多久?

硕果仅存的锅炉专家

1、MFT金属燃烧头为多复合成分,高温烧结技术,90年代即投放美国市场,使用寿命可达10年以上。

2、金属纤维燃烧解决方案,采用了容尘量大、方便清洁的空气过滤筒,价格低廉,维护简单、轻松,更换周期长。

3、锅炉现场都有运行维护人员,滤网清洁工作运行人员只需要花很少的时间即可完成。




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