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烟气再循环与及其它的方法使我们的环境保持干净整洁

张贴于: 01 / 03 / 2016 | 0 Comentarios | 的标签: ,

Análisis de la recirculación de gases en combustiónJuergen Praest (jd@emcombustion.es)
Iñigo Béjar
(ibejar@emcombustion.es)

烟气再循环主要用于降低燃烧过程中所产生废气中一氧化氮的含量,氮氧化物在这一领域被广泛提到。

在许多工业化国家,特别是中国目前的环境形势,一氧化氮,一氧化碳和二氧化硫的污染极其严重。烟雾、酸雨、疾病和濒临灭绝的森林只是其影响的一部分。

氮氧化物是一种无色无味的气体,对人类,动物和植物的健康产生危害。它结合水分,通过肺,眼睛和皮肤变成了具有腐蚀性的硝酸,引起支气管炎,肺炎,眼睛和皮肤等相当多的问题。

quemadores sistema low nox (E&M Combustión)

 

 

第一个尝试采用烟气再循环的实验始于20世纪80年代早期,当他们意识到氮氧化物,一氧化碳和二氧化硫,烟雾主要来源于欧洲,美国和其它快速增长的工业化经济体。虽然最后的罪魁祸首主要是家用燃煤,第一个记录烟雾情况的记录是在比利时1930年,美国1948年和英国1952年。

现在,我们一直以建造更高效,体积更小和不会产生一氧化碳的锅炉为目标,但锅炉尺寸的减小又必须达到更高的火焰温度,这将会影响到氮氧货物化物的含量。

这份报告将告诉我们如何利用烟气再循环抑制氮氧化物的生成。

 

关于氮氧化物在燃烧过程中发生了什么?

本章节首先将区分“泽尔多维奇机理”反应式描述燃烧过程中三种类型的氮氧化物生成机理。

Conducto recirculación de gases (E&M Combustión)

  1. 温度型Nox 是指燃烧用空气中的氮气,在高温下氧化产生的氮氧货物,氮转化率主要受温度和停留时间的影响。在高温下,一般在1000°C以上,分子氮(N2)和氧气(O2)在燃烧的空气中分离成原子状态和参与一系列的反应。

燃料型NOx     氮的主要来源是氮的燃料,如某些煤和石油,是由燃料在燃烧过程中氧化而成。在燃烧过种中,燃料中的氮被释放出自由基,最终形成游离氮气或者一氧化氮。石油作为燃料时,氮氧化物的含量占总排放量的50%相当于煤炭燃烧时的80%。通常情况下,燃料的氮氧化物大约在800°C时开始起反应,由于是热氮氧化物,在越来越高的温度下燃料氮的转化率并不会快速提高。

  1. 虽然完整的机理还没有完全得到解释,主要有2个形成途径。第一个途径包括初始阶段燃烧过程中挥发性氮的氧化。在释放过程中的挥发性物质氧化之前,氮反应生成几个中间产物,然后被氧化成一氧化氮。如果挥发物演变成一个还原性的气氛,氮的发展,可以很容易地形成氮气,而不是氮氧化物。第二个途径包括燃料燃烧过程中所含的氮分为挥发性氮和焦炭氮,这种反应生成的速度远远慢于挥发性氮。在这个过程中形成的氮氧化物中只有约20%的焦炭氮最终作为氮氧化物排放,通过还原焦炭中的氮形成纯碳。

salida recirculación de gases desde precalentador caldera

关于燃料的选择,特别是液体燃料,重要的是氮的含量。至于气体如天燃气,没有必要考虑这个因素,因为它不存在自燃。

快速温度型Nox 第三个来源是由于大气氮的反应,氮气 ,与自由基如C, CH和来自燃料中的CH2,这里不能用上述温度型氮氧化物或燃料型氮氧化物的燃烧过程进行解释。快速温度型发生在燃烧的最早期阶段,生成固定的物种氮如NH(氮氢化),HCN(氢氰化物),H2CN(二氢氰化物CN-(氰基)再氧化后生成氮氧化物。在含有氮的燃料中,氮氧化物的生成特别有限,这种氮氧化物产生的机理并不是氮氧化物排放的主要来源。

 

 

烟气再循环如何工作

两种类型的烟气再循

1.内部烟气再循环

内部烟气再循环 这种情况出现在燃烧头内部。通过燃烧气体反馈到火焰,每台燃烧器的内部烟气再循环的记录保持在1-3%之间。通过重新设计燃烧头,许多燃烧器的制造商设法提高该比率到6-12%,这意味着可以减少25-30%氮氧货物的排放。然而,该系统的缺点之一是,火焰相当不稳定,而且可能导致锅炉的振动和难以调整火焰的形状。一些燃烧器的制造商已经在过去的几年里因为这种不稳定,从许多已经损坏了的锅炉和燃烧器中明白这一点。

E&M Combustión - Ventilador de recirculación de gases2.外部烟气再循环

外部烟气再循环可以有效的使氮氧化物的排放量保持在一个非常低的水平,这已经是一种老的方法。省油器是气体再循环的首选。

通过使用一个单独的风机或用一个喷射器在燃烧空气风机入口,这是为额外的烟气量和温度设计的。根据还原25-30%的烟气燃烧空气可以很容易地达到减少50-60%氮氧化物的排放或者更多。在德国Deutsche Babcock AG针对石油和天然气燃烧器的许多试验中,减少80%氮氧化物的排放并不少见。

 

烟气在燃烧过程中发生的情况

人们普遍的认为减少氮氧货物的排放只是简单的减少烟气再循环的量。然而,不是这样的!当气体被用于再循环燃烧,它实际上是一种惰性气体,当与燃烧空气混合,在燃料分子的氧化过程中形成氮氧化物。

这种效果是通过较高热量烟气的主要组成部分(二氧化碳和蒸汽)。

简单来说:降低火焰温度和温度峰值,避免温度型氮氧化物取决于数量的正向影响。

简单规则:

  • 烟气的热容量越大,其还原性越好。
  • 烟气越多火焰温度越低。
  • 火焰温度越低氮氧化物更少。

E&M Combustión - quemador de gasóleo

 

其他减少氮氧化物的方法

  • – 通过利用水注入前第三的火焰,这样我们在燃烧器外有一个或多个注水器用于降低火焰温度。
  • – 蒸汽喷射工作同样的原理,因为蒸汽的热容量远高于水。如果蒸汽的出口温度高于180°C,它也可以将蒸汽与燃烧室内的燃烧空气混合。要达到15-25%氮氧化物的排放主要取决于燃烧器,因为需要约2-5%的锅炉总产量。例如,有一个100 t/ h锅炉,那么你需要2-5 t/h和更的水才能达到这个目标。

总结:

在这个时代,我们应该思考未来,我们将给我们的后代留下什么。大自然不需要人类,而是人类需要大自然。

感谢维基百科对温度型,燃料型和快速温度型氮氧化物的解释。

 

 

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