CN109764354B

CN109764354B - 一种低氮燃烧控制方法

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Publication number: CN109764354B
Application number: CN201811510287.7A
Authority: CN
Inventors: 何增晓; 尹军; 寇瑞杰; 张利国; 高鹏
Original assignee: Tianjin Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Tianjin Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: CN109764354A

Abstract

本发明公开了一种低氮燃烧控制方法，属于燃烧器使用方法领域，包括以下四部分，空气分级燃烧系统:将总空气量的80％～85％分三级配入炉膛内，配入的空气沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离；燃料分级燃烧系统：将总燃料量的100％分三级配入炉膛内，配入的燃料沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离；浓淡燃烧系统:燃烧器沿炉膛径向采用四角切圆布置，形成径向的浓淡燃烧分区，燃烧器沿炉膛垂向布置，利用垂向的分级配风、配燃，形成垂向浓淡燃烧分区；燃尽调节系统：将燃尽风配入炉膛内，距离主燃区一定垂向距离的位置。本发明融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术，充分利用炉膛内部燃烧空间，降低燃烧温度，高效抑制热力型NOx形成。

Description

一种低氮燃烧控制方法

技术领域

本发明属于燃烧器的使用方法领域，尤其涉及一种低氮燃烧控制方法。

背景技术

工业锅炉是工业企业必不可少的重要设备，通过工业锅炉燃烧产生热量介质可满足企业各类生产需求。然而，工业锅炉的燃烧过程会产生高温气氛，并且，在高温燃烧条件下，空气中的氮气和氧气将反应生成NOx，尤其是在多层、多角切向旋流布置的燃烧器结构中，强预混、强燃烧的燃烧方法使得旧式工业锅炉的烟气NOx含量较大，排放至大气中形成酸雨，造成严重的大气污染，同时，NOx还会刺激人体呼吸道，诱发呼吸道疾病。面对不断严峻的环保形势，达标排放已经成为了企业不可推卸的社会责任，在此情况下，研究和推广有效的低氮燃烧技术已是势在必行，而本发明则是基于NOx的生成机理，改变传统的燃烧方法，形成了还原性扩散燃烧的低氮控制手段。

目前，低氮燃烧尚属于较为新型的技术领域，现有低氮技术的应用层次相对较低，如单一的分级燃烧技术应用等，降氮效率也较为有限。本发明克服单一降氮技术的桎梏，将多种技术融合运用，特发明一种径向、垂向多元还原降氮的低氮燃烧控制方法，该方法可使NOx排放浓度降低40％～50％，并可最大化地利用原有燃烧系统，形成广泛的推广价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术，充分利用炉膛内部燃烧空间，降低燃烧温度，高效抑制热力型NOx形成的低氮燃烧控制方法。

本发明是这样实现的，一种低氮燃烧控制方法，包括以下四部分，

a、空气分级燃烧系统:将总空气量的80％～85％分三级配入炉膛内，所述三级配入的空气量沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离，使燃料在贫氧富燃的状态下扩散燃烧；

b、燃料分级燃烧系统：将总燃料量的100％分三级配入炉膛内，所述三级配入的燃料沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离，使燃料在主燃区内分散燃烧，避免形成集中高温区；

c、浓淡燃烧系统:(1)沿炉膛径向的燃烧器采用四角切圆布置，通过所述燃烧器的切向夹角，在燃烧器出口处形成旋流区域，所述空气分级燃烧系统配入的空气和所述燃料分级燃烧系统配入的燃料在所述旋流中心燃烧形成浓燃区，在所述旋流外侧燃烧形成淡燃区，形成径向的浓淡燃烧分区；(2)沿炉膛垂向布置的燃烧器，所述空气分级燃烧系统和所述燃料分级燃烧系统在燃烧器中供应偏离化学当量比的空气和燃料，不同浓度的空气和燃料燃烧形成垂向浓淡燃烧分区；

d、燃尽调节系统：将燃尽风配入炉膛内，距离主燃区一定垂向距离的位置，使燃料在燃尽区充分燃烧，并通过调节燃尽风来控制烟气含氧量，实现较低的空气过剩系数。

本技术方案基于NOx的生成机理，融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术。空气分级燃烧系统中，不局限于固有的燃烧器结构，充分利用炉膛燃烧空间形成广泛的扩散燃烧，利用贫氧富燃的扩散燃烧降低燃烧温度，形成还原性气氛，抑制热力型NOx形成；燃料分级燃烧系统中，为确保空气分级燃烧的稳定性，配合空气分级燃烧系统的空气分级配入，将100％的全部燃料也在炉膛空间内分三级配入，避免炉膛内形成集中高温区，降低炉膛温度，抑制热力型NOx形成；浓淡燃烧系统中，通过空气分级燃烧系统和燃料分级燃烧系统中径向四角切圆布置和垂向布置的燃烧器，建立径向和垂向并存分布的浓淡燃烧区，避免炉膛内径向和垂向形成集中高温区，抑制热力型NOx形成；燃尽调节系统中，配入总空气量剩余的15％～20％，使燃料在燃尽区充分燃烧，提升了低氮燃烧技术的降氮效果，确保了工业锅炉NOx环保减排指标的实现。

在上述技术方案中，优选的，所述空气分级燃烧系统中，将空气配入炉膛内时，采用送风机变频器控制配入炉膛的总风量，采用空气调节门控制分级配风量。

在空气分级燃烧系统中，通过送风机变频器来调节配入炉膛的总风量，通过各级的空气调节门分别控制配风量，进而实现炉膛内空气的分级燃烧。

在上述技术方案中，优选的，所述燃料分级燃烧系统中，将总燃料量配入炉膛时，采用燃料调节门控制分级燃料量。

在燃料分级燃烧系统中，通过各级的调节燃料调节门分别调节燃料配入量，进而实现炉膛内燃料的分级燃烧。

在上述技术方案中，优选的，所述空气分级燃烧系统中，所述间隔距离适应工业锅炉燃烧器的垂向间距；所述燃料分级燃烧系统中，所述间隔距离与所述所述空气分级燃烧系统中的间隔距离一致。

在空气分级燃烧系统和燃料分级燃烧系统中，三级配风和三级配燃在炉膛内的距离分布可适应于旧式工业锅炉燃烧器的垂向间距，因而本方法可充分利用旧式工业锅炉的燃烧器结构，在不改变旧式工业锅炉结构的情况下，提升低氮燃烧技术的降氮效果。

在上述技术方案中，优选的，所述燃尽调节系统中，将燃尽风配入炉膛时，采用送风机变频器控制配入炉膛的燃尽风的总风量，采用空气调节门控制配风量，通过炉膛出口氧量仪(氧化锆)检测烟气含氧量进行反馈。

燃尽调节系统中，通过调节燃尽风量来调节烟气含氧量，当炉膛出口氧量仪检测到烟气含氧量过高，则可通过调低送风机变频器的运行频率或调小燃尽风处的空气调节门开度来降低燃尽风配入量，当炉膛出口氧量仪检测到烟气含氧量过低，燃料不充分燃烧时，则可通过调高送风机变频器的运行频率，或者调大燃尽风处的空气调节门开度来提高燃尽风配入量，使燃料在燃尽区充分燃烧。

综上所述，该方法充分利用旧式工业锅炉的燃烧器结构，可适用于旧式工业锅炉结构，融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术，拓展了该方法的适用性，提升了低氮燃烧技术的降氮效果，该方法可使NOx排放浓度降低40％～50％，并可最大化地利用原有燃烧系统，确保了旧式工业锅炉NOx环保减排指标的实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的垂向分布的分级燃烧系统、垂向浓淡燃烧系统、燃尽调节系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的径向分布的浓淡燃烧区。

图中：1、三级分级(空气分级、燃料分级)燃烧器；2、燃尽风燃烧器；3、空气入口；4、燃料入口；5、燃烧器；6、炉膛。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种低氮燃烧控制方法融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术，充分利用炉膛内部燃烧空间，降低燃烧温度，高效抑制热力型NOx形成。为了进一步说明本发明，结合附图进行详细阐述如下：

本发明是这样实现的，一种低氮燃烧控制方法，包括以下四部分，a、空气分级燃烧系统:将总空气量的80％～85％分三级配入炉膛内，所述三级配入的空气量沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离，使燃料在贫氧富燃的状态下扩散燃烧；b、燃料分级燃烧系统：将总燃料量的100％分三级配入炉膛内，所述三级配入的燃料沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离，使燃料在主燃区内分散燃烧，避免形成集中高温区；c、浓淡燃烧系统:(1)沿炉膛径向的燃烧器采用四角切圆布置，通过所述燃烧器的切向夹角，在燃烧器出口处形成旋流区域，所述空气分级燃烧系统配入的空气和所述燃料分级燃烧系统配入的燃料在所述旋流中心燃烧形成浓燃区，在所述旋流外侧燃烧形成淡燃区，形成径向的浓淡燃烧分区；(2) 沿炉膛垂向布置的燃烧器，所述空气分级燃烧系统和所述燃料分级燃烧系统在燃烧器中供应偏离化学当量比的空气和燃料，不同浓度的空气和燃料燃烧形成垂向浓淡燃烧分区；d、燃尽调节系统：将燃尽风配入炉膛内，距离主燃区一定垂向距离的位置，使燃料在燃尽区充分燃烧，并通过调节燃尽风来控制烟气含氧量，实现较低的空气过剩系数。

本技术方案基于NOx的生成机理，融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术。空气分级燃烧系统中，充分利用炉膛燃烧空间，而不局限于燃烧器内部分级结构，形成广泛的扩散燃烧，实现空气分级燃烧，利用贫氧富燃的扩散燃烧降低燃烧温度，形成还原性气氛，抑制热力型NOx形成；燃料分级燃烧系统中，为确保空气分级燃烧的稳定性，配合空气分级燃烧系统，将 100％的全部燃料也在炉膛空间内分三级配入，避免炉膛内形成集中高温区，降低炉膛温度，抑制热力型NOx形成；浓淡燃烧系统中，通过空气分级燃烧系统和燃料分级燃烧系统中径向四角切圆布置和垂向布置的燃烧器，建立径向和垂向并存分布的浓淡燃烧区，避免炉膛内径向和垂向形成集中高温区，抑制热力型NOx形成；燃尽调节系统中，配入总空气量剩余的15％～20％，使燃料在燃尽区充分燃烧，提升了低氮燃烧技术的降氮效果，确保了工业锅炉NOx环保减排指标的实现。

本方法在上述技术方案中，优选的，所述空气分级燃烧系统中，将空气配入炉膛内时，采用送风机变频器控制配入炉膛的总风量，采用空气调节门控制分级配风量。在空气分级燃烧系统中，通过送风机变频器来调节配入炉膛的总风量，通过空气调节门控制各级配风量，进而实现炉膛内空气的分级燃烧。

在上述技术方案中，优选的，所述燃料分级燃烧系统中，将总燃料量配入炉膛时，采用燃料调节门控制分级燃料量。在燃料分级燃烧系统中，通过调节燃料调节门来调节燃料分级配入量，进而实现炉膛内燃料的分级燃烧。

在上述技术方案中，优选的，所述空气分级燃烧系统中，所述间隔距离适应工业锅炉燃烧器的垂向间距；所述燃料分级燃烧系统中，所述间隔距离与所述所述空气分级燃烧系统中的间隔距离一致。在空气分级燃烧系统和燃料分级燃烧系统中，三级配风和三级配燃在炉膛内的距离分布可适应于旧式工业锅炉燃烧器的垂向间距，因而本方法可充分利用旧式工业锅炉的燃烧器结构，在不改变旧式工业锅炉结构的情况下，提升低氮燃烧技术的降氮效果。

在上述技术方案中，优选的，所述燃尽调节系统中，将燃尽风配入炉膛时，采用送风机变频器控制配入炉膛的燃尽风的总风量，采用空气调节门控制配风量，通过炉膛出口氧量仪(氧化锆)检测烟气含氧量进行反馈。燃尽调节系统中，通过调节燃尽风量来调节烟气含氧量，当炉膛出口氧量仪检测到烟气含氧量过高，则可通过调低送风机变频器的运行频率或调小燃尽风处的空气调节门开度来降低燃尽风配入量，当炉膛出口氧量仪检测到烟气含氧量过低，燃料不充分燃烧时，则可通过调高送风机变频器的运行频率，或者调大燃尽风处的空气调节门开度来提高燃尽风配入量，使燃料在燃尽区充分燃烧。

工作原理：空气分级燃烧系统基于NOx的生成机理，融合运用了分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和燃尽配风技术。空气分级燃烧系统中，将配入燃料充分燃烧所需空气总量的80％～85％分三级配入炉膛中，采用送风机变频器控制配入炉膛的总风量，采用空气调节门控制分级配风量，利用炉膛燃烧空间形成广泛的扩散燃烧，利用贫氧富燃的扩散燃烧降低燃烧温度，抑制热力型NOx形成；燃料分级燃烧系统配合空气分级燃烧系统将100％的全部燃料也在炉膛空间内分三级配入，采用燃料调节门控制分级燃料量，避免炉膛内形成集中高温区；浓淡燃烧系统中，通过空气分级燃烧系统和燃料分级燃烧系统中径向四角切圆布置和垂向布置的燃烧器，建立径向和垂向并存分布的浓淡燃烧区，避免炉膛内径向和垂向形成集中高温区；燃尽调节系统中，配入燃料充分燃烧所需总空气量剩余的15％～20％，采用送风机变频器控制配入炉膛的燃尽风的总风量，采用空气调节门控制配风量，通过炉膛出口氧量仪(氧化锆)检测烟气含氧量进行反馈，使剩余燃料在燃尽区充分燃烧，提升了低氮燃烧技术的降氮效果，确保了工业锅炉NOx环保减排指标的实现。

证明部分：本发明所提出的低氮燃烧控制方法，于2018年11月12日15 日在某燃气锅炉实际投入实验，投入使用后降氮效果明显，可通过一组连续的 CEMS实际监测数据来说明降氮效果，该CEMS的安装单位为聚光科技(杭州)股份有限公司，该公司具备烟气监测资质，在线监测数据可靠有效。

表1-4本发明所提出的低氮燃烧控制方法应用前、后的CEMS监测的NOx 排放数据。

以上CEMS监测数据表明，本发明提出的低氮燃烧控制方法在2018年11 月12日15时投入实验后，NOx的24小时排放均值由64.09mg/Nm³降至 34.26～39.56mg/Nm³，NOx排放浓度约降低40％～50％，降氮效果明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低氮燃烧控制方法，其特征在于，包括以下四部分，

a、空气分级燃烧系统:总空气量与总燃料量按炉膛出口监测的氧含量来进行控制，确保炉膛出口氧含量保持在2％～4％，并利用炉膛竖向分布的三层燃烧器将总空气量的80％～85％分三级配入炉膛内，三级配入比例分别为30％、30％、20％～25％，即避免集中高温区，又形成贫氧富燃的还原区，分级配入的比例控制由空气流量调节门开度进行调控，所述三级配入的空气量沿炉膛垂向方向分别间隔一定距离，该距离根据炉膛型式确定，最大化利用旧型锅炉的燃烧器布置结构，使燃料在贫氧富燃的状态下扩散燃烧；

b、燃料分级燃烧系统：将总燃料量的100％分三级配入炉膛内，三级配入比例分别约为40％、40％、30％，分级配入的比例控制由燃料流量调节门开度进行调控，所述三级配入的燃料沿垂向炉膛方向分别间隔一定距离，该距离根据炉膛型式确定，最大化利用旧型锅炉的燃烧器布置结构，使燃料在贫氧富燃的主燃区内分散燃烧，并避免形成集中高温区；

c、浓淡燃烧系统:(1)水平径向方向上，燃烧器采用四角切圆布置，切向夹角约为40°，通过所述燃烧器的切向夹角，在燃烧器出口处形成旋流区域，所述空气分级燃烧系统配入的空气和所述燃料分级燃烧系统配入的燃料在所述旋流中心燃烧形成浓燃区，在所述旋流外侧燃烧形成淡燃区，形成径向的浓淡燃烧分区；(2)炉膛垂直方向上，沿炉膛垂向分层间隔布置燃烧器，所述空气分级燃烧系统和所述燃料分级燃烧系统在垂向分层间隔布置的燃烧器中按所述的比例分别供应偏离化学当量比的空气和燃料，即富燃贫氧，在对应的燃烧区内形成浓燃区，燃尽调节系统在燃尽燃烧器中供应燃尽风，即富氧贫燃，在对应的燃烧区内形成淡燃区，即从炉膛垂直方向上，不同浓度的空气和燃料燃烧形成垂向浓淡燃烧分区；

d、燃尽调节系统：主燃区为富燃贫氧区，燃料未在主燃区内燃尽，在距主燃区一定垂向距离的位置设置燃尽风，该垂向距离所对应的炉膛空间仍为富燃，即仍为还原性气氛，可确保将燃烧生成的热力型NOx还原，垂向距离的具体高度由燃料的还原特性以及NOx含量而定，在燃尽风处将剩余的15％～20％的燃尽风配入炉膛，使燃料在燃尽区充分燃烧，并通过调节燃尽风来控制烟气含氧量，实现较低的空气过剩系数。

2.根据权利要求1所述的低氮燃烧控制方法，其特征在于，所述空气分级燃烧系统中，将空气配入炉膛内时，采用送风机变频器控制配入炉膛的总风量，采用空气流量调节门控制各级的配风量。

3.根据权利要求1所述的低氮燃烧控制方法，其特征在于，所述燃料分级燃烧系统中，将总燃料量配入炉膛时，采用燃料流量调节门控制各级的燃料量。

4.根据权利要求1所述的低氮燃烧控制方法，其特征在于，所述空气分级燃烧系统中，各级配风的间隔距离适应工业锅炉燃烧器的垂向间距；所述燃料分级燃烧系统中，各级配燃的间隔距离与各级配风的间隔距离一致。

5.根据权利要求1所述的低氮燃烧控制方法，其特征在于，所述燃尽调节系统中，将燃尽风配入炉膛时，采用送风机变频器控制配入炉膛的燃尽风的总风量，采用空气流量调节门控制配风量，通过设置在炉膛出口的氧量仪检测烟气的含氧量进行反馈。