宝尔菲燃烧低氮技术介绍

宝尔菲燃烧低氮技术介绍

宝尔菲燃烧低氮技术介绍

（一）氮氧化物设计理念-低背压设计

宝尔菲低氮燃烧器采用多种成熟低氮技术，包括分级燃烧、烟气再循环和部分预混燃烧技术，以实现超低氮排放的设计理念。这些技术的结合确保了燃烧过程的稳定性和排放达标。宝尔菲燃烧器采用流线型叶片设计，背压为2500pa，实际测试值为2100pa，有效降低了燃烧器的压损和电耗。这种稳定低氮燃烧技术与最低能耗燃烧技术的结合，构成了宝尔菲低氮燃烧器的独特设计理念。

（二）宝尔菲超低氮燃烧器结构图

宝尔菲燃烧器的结构包括自动点火枪、火焰监测和观火口。点火枪和火焰监测器均可抽出，便于维修。

（三）低氮燃烧技术

宝尔菲RJM低氮燃烧器是经过多年研发和实践经验积累的产品。该系列燃烧器综合运用了以下技术：

• 燃料分级燃烧头设计
• 空气分级燃烧头扩散盘设计
• 烟气再循环优化设计
• 部分预混燃料分配设计
• 整体设计通过电脑仿真认可和实际数据支持

为了实现稳定低氮运行，烟气系统在设计时充分考虑了以下因素：

• 风箱和风道压损计算与平衡
• 烟气和空气混合的电脑仿真模拟

（四）燃烧器和锅炉匹配

宝尔菲拥有丰富的多台燃烧器布置设计经验。通过多次运行仿真，确保在多台燃烧器同时运行时不会产生不良反应，如大量一氧化碳、过高氮氧化物排放或共振等问题。

氮氧化物的形成与最高燃烧温度、炉膛尺寸和炉膛换热参数密切相关。锅炉内的热吸收和热反射材料也会影响氮氧化物排放。同等热输入条件下，较大的炉膛尺寸有助于降低氮氧化物排放。同样，在相同的炉膛尺寸下，较低的热输入也能降低氮氧化物排放。含有大量耐火材料的锅炉相比具有大量换热面积的锅炉，氮氧化物排放量更高。较长的火焰相比短而粗的火焰能产生较低的氮氧化物排放，因为较长的火焰具有较低的热辐射和最高火焰温度。

因此，为了达到超低氮效果，不能仅仅考虑低氮燃烧技术，还需要分析燃烧器与锅炉的匹配性。

宝尔菲计划采用四种超低氮燃烧技术来实现30mg/m3的排放目标，以达到环保和节能的效果：

• 空气和燃料分级燃烧
• 部分预混技术
• 烟气内循环
• 烟气外循环辅助系统

（五）超低氮燃烧技术特点

宝尔菲采用四种超低氮燃烧技术来实现30mg/m3的排放目标：

• 空气和燃料分级燃烧
• 部分预混技术
• 烟气内循环
• 烟气外循环辅助系统

a. 分级燃烧

宝尔菲通过燃料分级和空气分级来避免中心火焰区温度过高。分级燃烧将燃烧室分为富燃料燃烧和稀薄燃烧区域，从而降低火焰的最高温度。第一次燃烧（稀薄燃烧）会进一步降低第二次燃烧的温度。这项技术能降低30-50%的氮氧化物排放，达到约60-80mg/Nm3的水平。以下是燃料分级的原理图。但是分级燃烧不能过度使用，因为过度使用会导致火焰过度拉长，形成不充分燃烧而产生一氧化碳。过度使用分级燃烧需要通过OFA（二次风）来弥补。然而，使用OFA会消耗更多电能，且效果不如烟气再循环。因此，我们不推荐采用OFA技术。

b. 部分预混燃烧技术

通过多年的研发经验，宝尔菲将预混技术与分级燃烧和烟气再循环完美结合。这项技术能降低时间性氮氧化物，同时提高火焰稳定性。部分预混技术结合了预混对时间性氮氧化物的降低效果和燃烧速度的提升。宝尔菲的独特设计通过烟气再循环，适当使用预混来降低氮氧化物排放。

c. 烟气内循环

通过燃烧头的扩散盘设计，使燃烧器具有烟气内循环的作用，充分利用旋流片的混合功能，同时增加了内循环的功能。烟气内循环量大约为10-15%。

d. 烟气外循环

烟气再循环将烟气与空气混合进行二次燃烧。烟气是冷却火焰的理想选择，因为烟气带有低氧量，以及不参与燃烧的气体，包括氮、水汽和二氧化氮。这些气体具有很高的吸热能力，能降低整体火焰温度并减少氮氧化物排放。烟气再循环能降低80%的氮氧化物排放。

虽然烟气再循环是一个辅助燃烧器的技术，但燃烧器的设计对于其稳定性和能效至关重要。优秀的低氮燃烧器设计可以接受25-30%的烟气再循环并保持稳定运行。低压损燃烧器设计在高烟气再循环情况下仍能保持优越的能效表现，降低电功率消耗。烟气再循环量通过烟气再循环风机的转速变频和挡板开度控制进行调节。

性能特点

1. 在超低氮排放运行时（15ppm，即30mg/m3），火焰具有高度稳定性，已有多个实际应用案例。
2. 在超低氮排放运行时，燃烧器处于最高能效状态，氧含量达到1-2% O2。
3. 调节比可达6：1。
4. 火焰尺寸高度准确，火焰长度为5.1m，避免烧到锅炉换热管或后墙。

设计特点

1. 通过燃烧器流线型设计，避免产生锅炉共振状态并降低燃烧头背压阻力。
2. 具备完美组合的可靠稳定的低 NOx 分级燃烧和烟气再循环技术。
3. 轴向平行的空气流，以控制火焰包围并提供均匀的热流量。
4. 稳定火焰长度和直径，以适应炉烧制车道，但又不影响锅炉管和炉壁。
5. 低NOx火焰稳定器提供燃烧过程的内部分级，以减少氮氧化物的形成。
6. 消除燃烧引起的锅炉振动，设计和涡轮机叶片扩压器的空气动力学性能。
7. 建立强力火焰，在扩散盘前段50mm，这期间不改变燃烧率移动，从而提供了稳定的火焰进行扫描，从而导致运行可靠。
8. 气体/空气点火器载体管和点火器固定装置安装在燃烧器前面板。
9. 点火装置在燃烧头一体化设计，保证可靠点火。
10. 燃烧头具备多台布置的调节能力，确保在多台运行时避免燃烧器之间互相影响。

美国宝尔菲超低氮燃烧器低氧量设计特点

美国宝尔菲超低氮燃烧机采用了多种先进低氮技术，最低可达到20 mg/Nm3 (10ppm)排放。燃烧机头采用电脑仿真设计分段燃烧技术，这种燃烧头是专门给采用烟气内循环和烟气再循环技术来设计的。采用这两种技术可以同时达到超低氮排放和最高热效率。RJM超低氮燃烧机设计运作在1%-2% 含氧量，确保高能效运行。以下是RJM燃烧器116MW实测数值：

美国宝尔菲RJM系列低NOx燃烧器的设计独特性

美国宝尔菲RJM系列超低氮燃烧器的开发在很大程度上实现了高燃烧效率、宽调节比、低NOx排放和灵活的火焰形状控制。该设计的基础是建立一个分级火焰结构，包括富燃料火焰和贫燃料火焰部分。燃烧器设计通过火焰内部分级来实现低NOx排放，同时保持火焰稳定。

控制燃烧化学计量和保持富燃料条件可以抑制NOx的产生，特别是在燃烧火焰前锋。在富燃料条件下操作还减少了燃烧区热释放（BZHR）对NOx排放的影响。此外，富燃料燃烧产生的中间产物可能有助于破坏先前形成的NOx。在还原性环境中，不能作为氧化剂的燃烧中间体可以与NO发生还原反应生成N2，从而减少NO的形成。

为了实现完全燃烧并保持最低过量氧气，燃烧器设计提供了贫燃料区，直接与中心富燃料燃烧部分相互作用。这确保了从中心火焰燃烧的“富”产品通过氧化区完全燃烧。燃烧器设计允许通过控制氧化区的化学计量来调节火焰，以产生最小的NOx排放。

改进的燃烧器稳定性是RJM系列设计的重点。设计标准是保持6：1的调节功能。燃烧器火焰前缘采用富燃料预混火焰设计，提高了火焰速度和稳定性。燃烧化学计量接近完美的预混火焰被建立在燃烧器火焰前缘，拓宽了燃料的可燃性范围，并确保可燃混合物在宽范围的燃烧器喉部速度和燃料喷射率下维持稳定。

为改进火焰形状能力，再次控制燃烧器喉部内的空气分配调节。独特的燃烧器设计可以实现低过量空气系数运行和低NOx燃烧器具有延伸的火焰包围。

宝尔菲低NOx燃烧器采用约20%的烟气再循环来降低NOx排放。由于RJM低NOx燃烧器具有高度稳定性和低背压设计，可以接受高比例的烟气再循环来进一步降低火焰中NOx的形成。经过多年的研发经验，RJM系列低NOx燃烧器具备先进又成熟可靠的低氮技术。