(1)燃料分級(jí)燃燒或空氣分級(jí)燃燒

熱力型NOx生成很大程度上取決于燃燒溫度。燃燒溫度在當(dāng)量比為1的情況下達(dá)到最高，在貧燃或者富燃的情況下進(jìn)行燃燒，燃燒溫度會(huì)下降很多。運(yùn)用該原理開發(fā)出了分級(jí)燃燒技術(shù)。

空氣分級(jí)燃燒第一級(jí)是富燃料燃燒，在第二級(jí)加入過(guò)量空氣，為貧燃燃燒，兩級(jí)之間加入空氣冷卻以保證燃燒溫度不至于太高。燃料分級(jí)燃燒與空氣分級(jí)燃燒正好相反，第一級(jí)為燃料稀相燃燒，而在第二級(jí)加入燃料使得當(dāng)量比達(dá)到要求的數(shù)值。這兩種方法最終將會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)量空氣系數(shù)保持一個(gè)定值，為目前普遍采用的低氮燃燒控制技術(shù)。

(2)貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)

預(yù)混燃燒是指在混合物點(diǎn)燃之前燃料與氧化劑在分子層面上完全混合。對(duì)于控制NOx的生成，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)當(dāng)量比的完全控制實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒溫度的控制，從而降低熱力型NOx生成速率，在有些情況下，預(yù)混燃燒和部分預(yù)混可比非預(yù)混燃燒減少85%—90%的NOx生成。另外，完全預(yù)混還可以減少因過(guò)量空氣系數(shù)不均勻性所導(dǎo)致的對(duì)NOx生成控制的降低。但是，預(yù)混燃燒技術(shù)在安全性控制上仍存在未解決的技術(shù)難點(diǎn)：一是預(yù)混氣體由于其高度可燃性可能會(huì)導(dǎo)致回火；二是過(guò)高的過(guò)量空氣系數(shù)會(huì)導(dǎo)致排煙損失的增加，降低了鍋爐熱效率。

(3)外部煙氣再循環(huán)和內(nèi)部煙氣再循環(huán)技術(shù)

燃燒溫度的降低可以通過(guò)在火焰區(qū)域加入煙氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，加入的煙氣吸熱從而降低了燃燒溫度。通過(guò)將煙氣的燃燒產(chǎn)物加入到燃燒區(qū)域內(nèi)，不僅降低了燃燒溫度，減少了NOx生成；同時(shí)加入的煙氣降低了氧氣的分壓，這將減弱氧氣與氮?dú)馍蔁崃π蚇Ox的過(guò)程，從而減少NOx的生成。根據(jù)應(yīng)用原理的不同，煙氣再循環(huán)有兩種應(yīng)用方式，分別為外部煙氣再循環(huán)與內(nèi)部煙氣再循環(huán)。

對(duì)于外部煙氣再循環(huán)技術(shù)來(lái)說(shuō)，煙氣從鍋爐的出口通過(guò)一個(gè)外部管道，重新加入到爐膛內(nèi)。根據(jù)研究，外部煙氣再循環(huán)可以減少70%的NOx生成。外循環(huán)比例對(duì)NOx控制效果也有較大影響，隨著外循環(huán)比例的增加NOx降低幅度也更加明顯，但循環(huán)風(fēng)機(jī)電耗也將增加。

對(duì)于內(nèi)部煙氣再循環(huán)，煙氣回流到燃燒區(qū)域主要通過(guò)燃燒器的氣體動(dòng)力學(xué)。內(nèi)部煙氣再循環(huán)主要通過(guò)高速噴射火焰的卷吸作用或者旋流燃燒器使得氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)達(dá)到循環(huán)效果。

通過(guò)運(yùn)用一個(gè)旋流器或者切向氣流進(jìn)口來(lái)生成一個(gè)有切向速度的氣流，旋轉(zhuǎn)過(guò)程即產(chǎn)生了渦流。渦流的強(qiáng)度可以用一個(gè)無(wú)量綱數(shù)旋流度S表示。當(dāng)旋流度超過(guò)0.6，氣流中將會(huì)產(chǎn)生足夠的徑向和軸向壓力梯度，這會(huì)導(dǎo)致氣流反轉(zhuǎn)，在火焰中心產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形的再循環(huán)區(qū)域。中心再循環(huán)區(qū)域的高溫氣體將回到燃燒器喉部，這確保了對(duì)冷的未燃燒氣體的點(diǎn)火，同時(shí)通過(guò)降低火焰溫度和降低氧氣分壓減少NOx生成。

(4)多孔介質(zhì)催化燃燒

降低火焰溫度的另一個(gè)辦法就是盡可能快和多的加強(qiáng)火焰對(duì)外的傳熱。在燃燒器內(nèi)增加了多孔介質(zhì)(PIM)，使得燃燒反應(yīng)發(fā)生在多孔介質(zhì)內(nèi)，這樣從燃燒器到周圍環(huán)境的輻射和對(duì)流換熱就被加強(qiáng)了。實(shí)驗(yàn)表明，使用PIM燃燒器的燃燒溫度低于1600K，NOx生成量在5-20ppm左右。

PIM燃燒器還可以在燃燒器入口處添加催化劑，這樣燃料分子和氧化劑分子就會(huì)以一個(gè)比較低的活化能在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)。這樣反應(yīng)溫度相比于同類的燃燒要更低。由于反應(yīng)過(guò)程只在催化劑表面進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生NOx，這樣催化燃燒的NOx生成可以降至1ppm。催化燃燒的缺點(diǎn)就是必須保證活性表面在一個(gè)比較低的溫度下不被氧化或蒸發(fā)，且催化劑造價(jià)相對(duì)較高，難以得到工業(yè)化應(yīng)用。

(5)無(wú)焰燃燒

傳統(tǒng)的火焰燃燒分為預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒，其主要特點(diǎn)包括：①燃料與氧化劑在高溫下反應(yīng)，溫度越高越有助于火焰的穩(wěn)定；②火焰面可視(甲烷燃燒的火焰一般為藍(lán)色，有碳煙產(chǎn)生時(shí)為黃色)；③大多數(shù)燃料在很薄的火焰層內(nèi)完成燃燒，但是燃燒反應(yīng)會(huì)在下游的不可見(jiàn)的區(qū)域內(nèi)完成。

為了建立一個(gè)火焰，燃料與氧化劑之比必須在可燃極限之內(nèi)，同時(shí)需要點(diǎn)火裝置。一般情況下，火焰在點(diǎn)燃以后一般自己充當(dāng)點(diǎn)火器，對(duì)來(lái)流進(jìn)行點(diǎn)火。這就需要足夠高的火焰溫度來(lái)達(dá)到最小點(diǎn)火能量，但是高的火焰溫度會(huì)使得NOx生成增加。

經(jīng)研究，在爐內(nèi)溫度為1000℃，空氣預(yù)熱到650℃的情況下，燃料在無(wú)焰的情況下燃燒，一氧化碳低于1ppm，NOx接近于零排放。

為了穩(wěn)定火焰，可視的燃燒過(guò)程需要在燃燒后產(chǎn)生很強(qiáng)的煙氣回流；對(duì)于無(wú)焰燃燒，煙氣回流發(fā)生在燃燒之前，甚至可能在燃燒器當(dāng)中，這樣再循環(huán)的煙氣加熱了預(yù)混的燃料，降低了爐膛溫度，擴(kuò)大了反應(yīng)區(qū)域。

無(wú)焰燃燒火焰分布均勻，燃燒溫度低，同時(shí)羥基生成少，這使得NOx產(chǎn)生更少。無(wú)焰燃燒需要以下條件：①分別射入高動(dòng)量的空氣和燃料流；②大量?jī)?nèi)部的或者外部的高溫燃燒產(chǎn)物循環(huán)；③熱量的快速移除，以保證爐膛內(nèi)各處均未達(dá)到絕熱火焰溫度。無(wú)焰燃燒不需要傳統(tǒng)的穩(wěn)燃裝置或條件(比如強(qiáng)渦)。

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