TWI435036B - 減少氮氧化物排放的燃燒系統 - Google Patents

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減少氮氧化物排放的燃燒系統
本發明係與燃燒系統有關，特別有關於一種減少氮氧化物排放的燃燒系統。
電力需求一直是國內產業最重要的資源，尤其是大型企業如石化業、造紙業等，大多設置汽電共生廠，除可提供電力，同時也可利用發電後之蒸汽作為熱源。為節省燃料成本，目前國內汽電共生廠大多以燃煤鍋爐為主。鍋爐會產生硫氧化物、氮氧化物等空氣污染物；氮氧化物可能涉及酸雨、地面臭氧的形成，節能減排是目前世界各國首要課題。
目前氮氧化物排放控制技術，有低氮氧化物燃燒器(LNB)、分段燃燒(staged combustion)、再燃燒(reburning)、煙氣迴流法(FGR)、選擇性觸媒還原法(SCR)，以及選擇性非觸媒還原法(SNCR)等，可用於減少氮氧化物的排放。
LNB為兩段式燃燒器。第一段供應約80%的理論空氣量，燃燒時產生的熱能將燃油或燃煤中的氮氣化，由於缺氧，燃油中的氮無法生成氮氧化物。燃油或燃煤與剩餘的空氣於第二階段中之燃燒速度較慢而降低火焰溫度，進而降低空氣中的氮生成NOx之機會 。
分段燃燒(Staged Combustion)係使燃燒器在富燃料條件下運轉，在燃燒器上方設火上空氣(Over Fired Air，OFA)，將剩餘之空氣送入以降低氮氧化物生成。
再燃燒為燃料分段供應。第一階段供應約80%的燃料，第二階段供應約10~20%，第三階段則供應剩餘約10%的燃料以及充足的空氣，以降低氮氧化物生成。
目前商業化氮氧化物控制技術相當多，然而不同設備必須選取最有利的控制技術，在符合排放標準的前提下，作最大可能減少排放量的努力。因此，如何在經濟可行的情況下，選取與組合最有利的控制技術，達到最大可能減少排放量仍是一大挑戰。
有鑑於此，本發明人為改善並解決上述之缺失，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。
本發明之一目的，在於提供一套種燃燒系統，可減少氮氧化物的排放。
為了達成上述之目的，本發明係為一種減少氮氧化物排放的燃燒系統，此燃燒系統包括：煤碳製粉系統及鍋爐燃燒裝置，具有結合了主燃燒區(採用LNB)、再燃燒區(Reburning)及燃燼區(採用火上空氣(OFA))等技術；主燃燒區屬缺氧區，由磨煤機出口動力篩選器提供77~82wt%左右燃料至主燃燒器及送風機所供空氣；再燃燒區亦屬缺氧區，由磨煤機出口動力篩選器提供18~23wt%之 燃料量至再燃燃燒器，分階段燃燒降低NOx排放，燃燼區火上空氣孔再提供足夠之過剩空氣量，以達到燃燒完全降低煙氣NOx排放濃度。
本發明的燃燒系統裝設有低氮氧化物燃燒器、再燃燒器及火上空氣孔，經由巧妙的安排而能減少氮氧化物的排放。
1‧‧‧燃燒系統
10‧‧‧燃燒裝置
12‧‧‧主燃燒器
14‧‧‧再燃燒器
16‧‧‧火上空氣孔
102‧‧‧爐膛
104‧‧‧主燃燒區
106‧‧‧再燃燒區
108‧‧‧燃燼區
第一圖為本發明之一實施例的減少氮氧化物排放的燃燒系統示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參照第一圖，第一圖為本發明之一實施例的燃燒系統示意圖。此燃燒系統1包括：燃燒裝置10、主燃燒器12再燃燒器14及火上空氣孔16。燃燒裝置10爐膛102具有主燃燒區104、再燃燒區106及燃燼區108。
本實施例中，主燃燒器12係由磨煤機出口動力篩選器提供77~82wt%燃料，及送風機提供之空氣至主燃燒區104內，且主燃燒器12排列於燃燒裝置10的四角成二層四角切圓。再燃燒器14係由磨煤機出口動力篩選器提供18~23wt%燃料，及送風機提供之空氣至再燃燒區106內，再燃燒器14排列於燃燒裝置10的壁上成一層四周各二個成切圓。火上空氣孔16係設置在再燃燒區106上方，排列於燃燒裝置10的壁上成一層四周各二個成切圓。經由火上空氣孔16提供足夠空氣，形成燃燼區108以確保燃燒裝置10內的 未燃物完全燃燒。本實施例中，主燃燒區104、再燃燒區106及燒光區108的高度比a：b：c為1.2：1：2.5。
本實施例中，分別經由主燃燒器12與再燃燒器14，進給空氣與燃料至主燃燒區104與再燃燒區106。本實施例採用再燃燒(reburning)技術，在主燃燒區104提供77至82wt%的燃料，以及在再燃燒區106提供18至23wt%的燃料。
另外，本實施例採用低氮氧化物燃燒器(LNB)及分段燃燒(staged combustion)技術，燃燒系統1的主燃燒區104的過剩空氣率0.95至0.97，較佳0.96，屬於缺氧區。再燃燒區106的過剩空氣率0.80至0.85，較佳0.83，屬於更缺氧區。燃燼區108過剩空氣率1.10至1.30，較佳1.20。在再燃燒區106裡，再燃燒燃料藉著微缺氧的條件而產生大量的碳氫離子，這些碳氫離子與上游的主燃燒區104的氮氧化物反應，將氮氧化物還原成氮氣以達到降低氮氧化物的效果。
再燃燒技術可廣泛應用於各型鍋爐，大小不拘，而其去除氮氧化物的效果則決定於主燃燒區與再燃燒區的溫度、駐留時間及燃燒裝置內的流場型態等因素；一般而言，駐留時間越長，溫度越低，去除氮氧化物的效果越大，為保持最佳的氮氧化物去除效率及燃燒裝置內的完全燃燒，再燃燒器的燃料噴嘴及火上空氣噴嘴必須設計完善。
以下說明本實施例之燃燒系統與未安裝LNB、再燃燒器及火上空氣孔之燃燒系統的比較，如表一：表一
由表一之數據可知，本實施例結合LNB、再燃燒器及火上空氣孔，在不降低燃燒系統之性能效率下，可降低飛灰含碳量從6%至3%與氮氧化物的排放濃度從830至250mg/Nm3。
1‧‧‧燃燒系統
10‧‧‧燃燒裝置
12‧‧‧主燃燒器
14‧‧‧再燃燒器
16‧‧‧火上空氣孔
102‧‧‧爐膛
104‧‧‧主燃燒區
106‧‧‧再燃燒區
108‧‧‧燃燼區

Claims (6)

  1. 一種減少氮氧化物排放的燃燒系統，包括：一燃燒裝置，具有主燃燒區、再燃燒區及燃燼區；一主燃燒器，提供空氣及燃料至主燃燒區內；一再燃燒器，提供空氣及燃料至再燃燒區內；及一火上空氣，設置在再燃燒區上方，經由至少一火上空氣孔提供足夠空氣，形成該燃燼區，其中該主燃燒區、再燃燒區及燃燼區的高度比為1.2：1：2.5。
  2. 如請求項1所述之燃燒系統，其中在該主燃燒區提供78至82wt%的燃料，在該再燃燒區提供18至23wt%的燃料。
  3. 如請求項1所述之燃燒系統，其中該主燃燒區過剩空氣率0.95至0.97，該再燃燒區過剩空氣率0.80至0.85，該燃燼區過剩空氣率1.10至1.30。
  4. 如請求項1所述之燃燒系統，其中該主燃燒器排列於燃燒裝置的四角成二層四角切圓。
  5. 如請求項1所述之燃燒系統，其中該再燃燒器排列於燃燒裝置的壁上成一層四周各二個成切圓。
  6. 如請求項1所述之燃燒系統，其中該火上空氣排列於燃燒裝置的壁上成一層四周各二個成切圓。
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