天然气低氮燃烧技术

1、天然气低氮燃烧技术概述天然气低氮燃烧技术概述 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 卓建坤卓建坤 清华大学热能工程系清华大学热能工程系 2016-05-31 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 1 NOx控制技术控制技术 2 燃烧前 处理： 低氮燃 料，燃 料处理 ，富（ 纯）氧 ，添加 剂 低氮燃烧：降低温度、氧含量、停 留时间降低热力型NOx；控制混合 过程降低快速型和燃料型。 SCR等技术 烟气处理 ： 通过添加 剂与NOx 反应减少 排放。减 排效果好 （可达90% ），成本 较高。 预混预混 分级燃烧分级燃烧 烟气再循环烟气再循环 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust.3 NOX生成机理与控制生成机理与控制 热力 NOX 瞬时 NOX 降低燃烧区域氧浓度 降低整体氧浓度 控制或延迟燃料和空气的混合 形成富燃料的初始火焰区域 降低在高温区的停留时间 降低峰值火焰温度 通过稀释降低绝热火焰温度 降低燃烧强度 增强火焰的冷

2、却 控制燃料和空气的混合 利用富燃料火焰区域 减少一次火焰区域的时间 预混火焰预混火焰 分级燃烧分级燃烧 烟气再循环烟气再循环 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 2.1 多孔介质燃烧多孔介质燃烧 4 贫燃预混、稳燃、火焰冷却 气氛 材料 混合 （李尚鹏，清华大学本科综合训练论文，2016） 超低氮 燃烧稳定性 经济性 高效低阻紧凑在线过滤 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 水冷预混滞止火焰水冷预混滞止火焰 5 工业应用示意图 r z 不同当量比时轴线温度分布 减小喷口与滞止板间距离 火焰面附近温度梯度增大 最高温度下降 （张易阳，清华大学博士论文，2015） 技术方向： 火焰冷却与火焰稳定性 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 催化点火燃烧催化点火燃烧 6 世界催化点火材料领先水平： 甲烷的表观点火温度可以降低到 293C （宗毅晨，清华大学博士论文，2016） 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of C

3、lean Coal Combust. 2.2 燃料分级燃料分级 7 （宋少鹏，清华大学硕士论文，2016） 深度燃料分级和流线型炉膛匹 配是可以实现扩散燃烧NOX排 放小于30mg/Nm3 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 燃料分级燃料分级 8 燃料分级对NOX减排率高达70% NO生成速 率分布 温度 分布 燃料分级率为20%燃料分级率为60% 火焰的分散性提高，温度场均匀，高温区减少，NOx生成区域减少 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 2.3 烟气再循环烟气再循环 9 烟气再循环可减少70% NOx排放，CO排放未增加，出现燃烧不稳定 ，与循环率相关； 由于比热的差异，CO2作为稀释剂比N2更有效地降低NOx，在燃料侧 与空气侧稀释均能有效降低NOx生成，但在燃料侧稀释更有效。 烟气再循环对NOX的影响 (Baltasar,1997) 不同稀释方式对Nox排放的影响 (Eun-Seong,1998，2004) 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Cl

4、ean Coal Combust. 2.4 烟气再循环烟气再循环 10 随着烟气再循环率提高，NOx排放呈非线性 下降； 加入10%再循环烟气后，高温区(2120K) 面积减少了将近10倍，随着循环率的提高， 直至消失； 10%的烟气再循环率，NOX排放比无烟气再 循环时降低60%; 中试实验-烟气再循环率与NOX，CO排放 热力计算-烟气再循环率与理论燃烧温度、热容的关系 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 11 烟气再循环率与各受热面传热比例烟气再循环率与各受热面传热比例 随烟气再循环率增加：随烟气再循环率增加：1 1）辐射辐射换热量换热量减减 小小；2 2）对流对流换热量换热量增加增加 在烟气无冷凝时（排烟温度大于在烟气无冷凝时（排烟温度大于120） ，随烟气再循环率增加，排烟温度升高，随烟气再循环率增加，排烟温度升高， 锅炉效率有一定下降锅炉效率有一定下降 2.4.1 烟气再循环对效率影响烟气再循环对效率影响 不同烟气再循环率下排烟损失 不同烟气再循环率下锅炉效率 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Cle

5、an Coal Combust. 2.4.1 H2O的影响的影响-烟气中的水蒸气烟气中的水蒸气 12 1Nm3天然气完全燃烧时天然气完全燃烧时 理论空气量：9.32 Nm3/Nm3 理论烟气量：10.48 Nm3/Nm3 理论水蒸汽体积：2.10Nm3/Nm3 空气的过量空气系数从空气的过量空气系数从1.0增大增大 到到1.5时时 1）烟气中水蒸气的摩尔百分数从 20.06%减少到14.31%； 2）烟气中水蒸气的质量百分数从 13.06减少到9.83%； 3）1Nm3天然气燃烧后可以产生 1.7kg左右的水蒸气。 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 2.4.2 H2O的影响的影响-锅炉效率锅炉效率 13 单位体积天然气单位体积天然气-烟气的热力学特性烟气的热力学特性 尾部烟气冷却段的温度范围尾部烟气冷却段的温度范围(55(55- - 200200) )是冷凝段（是冷凝段（ 5555 ）的）的 近近6 6倍，放热量仅为冷凝段的倍，放热量仅为冷凝段的50%50% 当烟温在冷凝段和冷却段过渡位当烟温在冷凝段和冷却段过渡位 置，需要同时

6、考虑汽化潜热和烟置，需要同时考虑汽化潜热和烟 气显热的双重损失气显热的双重损失 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 1. 烟气再循环烟气再循环 Yamashita, H，2002) 温度和H2O对NOX的影响 H2O对OH,N,NO，CH自由基的生成影响 火焰中蒸汽的加入，降低火焰温度； 最大火焰温度维持不变，蒸汽的加入将增加OH自由 基，降低CH自由基，从而减少N自由基的生成； 水蒸气的加入会使OH自由基浓度增加，这对NOX的 降低有负面的作用，但是水蒸气的加入使N原子自由 基浓度减小，而后者对NO的降低影响更大，因此从 整体上看，NO的生成减少了； 但是对于加湿对于CO排放的影响没有形成一个统 一明确的结论 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 2.4.4 H2O的影响的影响 设备寿命设备寿命 结冰的叶轮 (图片来源：方块锅炉新品 发布会报告) 烟气冷凝水(PH:5-6) 风道的铁锈和泥浆 烟气再循环中随着冷凝水的增加，影响 风道、燃烧器的寿命 无论液滴冲击，或者叶轮结冰，

7、将使风 机振动变大，容易损坏 因此，在烟气再循环中，虽然水对于 NOX的降低有着明显的作用，但需要考 虑防止对设备寿命的影响：再循环烟温 、除雾器 炉膛腐蚀 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 3.总结总结 19 技术技术优点优点缺点缺点排放值排放值 mg/m3 减排效果减排效果 分级燃烧控制简易较难实现低于 30mg/Nm3的排放目 标 80% 低氮燃烧器+ 烟气再循环 效果好，成本适 中 可能燃烧不稳定， 影响锅炉效率 30-10050-85% 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 4 清华大学参与的两个北京市科委项目清华大学参与的两个北京市科委项目(1) 北京市科技计划课题燃气锅炉低氮燃烧技术装备研发与示范（ 2014.042016.03） 研发8MW、12MW两种规格低氮燃烧器，不低于85%负荷情况下，燃气锅炉 NOx排放低于50mg/m3,CO低于80mg/m3，锅炉效率不低于95% 关键技术：稳燃技术，耦合技术，低氮燃烧系统主动控制技术、燃烧器与锅炉本 体的匹配技术 20 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 清华大学参与的两个北京市科委项目清华大学参与的两个北京市科委项目(2) 北京市科技计划课题燃气锅炉NOX达标排放关键技术研 究与示范（2015.092017.06） 20t/h现役燃气锅炉NOX排放控制关键技术研究(LNB+SNCR) 2.40t/h现役燃气锅炉NOX排放控制关键技术研究(LNB+SCR) 80t/h新建燃气锅炉NOX排放控制关键技术研究(LNB+PMCR) 形成满足现有20t/h、40t/h燃气锅炉超低NOX排放的燃烧器样机 各1台及SCR反应器样机1台 21 清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心 NERC of Clean Coal Combust. 22 谢谢各位的聆听谢谢各位的聆听! ! 欢迎交流！欢迎交流！ 联系人：卓建坤 电话: 010-62795759; Email: 微信号：tucerc

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