Масляная горелка с низким содержанием азота

Обзор масляной горелки с низким содержанием азота

Низкоазотная мазутная горелка, также известная как низкооксидная мазутная горелка, представляет собой тип системы сгорания, предназначенной для значительного снижения выбросов оксидов азота (NOx) при сжигании топлива. Это критически важно для промышленного применения, такого как котлы, печи и электростанции, поскольку NOx являются одним из основных загрязнителей воздуха, способствующих образованию смога, кислотных дождей и другим проблемам, связанным с окружающей средой и здоровьем.

1. Что такое оксиды азота (NOx)?

NOx относится к группе высокореакционноспособных газов, содержащих азот и кислород, таких как оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2). В процессах горения NOx образуются в основном двумя способами:

Термические NOx: Образуются при высоких температурах при диссоциации и рекомбинации атмосферного азота (N2) и кислорода (O2). Этот механизм является доминирующим во многих системах сгорания.

Топливные NOx: Образуются при окислении соединений азота, содержащихся в самом топливе. Мазут может содержать различное количество азота.

2. Зачем снижать выбросы NOx?

Экологическое законодательство: Строгие экологические нормы во всем мире предписывают сокращение выбросов NOx промышленными источниками.

Качество воздуха: NOx способствует образованию приземного озона (смога) и твердых частиц, которые оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека и экосистемы.

Кислотные дожди: NOx реагирует с другими атмосферными соединениями, образуя азотную кислоту — основной компонент кислотных дождей.

3. Принципы сжигания с низким уровнем выбросов NOx в масляных горелках:

В мазутных горелках с низким уровнем выбросов NOx используются различные стратегии для минимизации образования NOx. Эти стратегии, как правило, направлены на:

Снижение пиковых температур пламени: поскольку термическое образование NOx сильно зависит от температуры, снижение максимальной температуры в зоне пламени имеет решающее значение.

Снижение доступности кислорода в самых горячих зонах: ограничение количества кислорода в зонах с самой высокой температурой может предотвратить образование NOx.

Оптимизация смешивания топлива и воздуха: контролируемое смешивание может предотвратить образование локальных горячих точек и избыточной концентрации кислорода.

4. Основные технологии и особенности мазутных горелок с низким уровнем выбросов NOx:

Вот некоторые распространённые технологии:

Рециркуляция дымовых газов (РДГ):

Концепция: Часть охлаждённых дымовых газов (отходящих газов) забирается из дымовой трубы и смешивается с воздухом для горения, поступающим в горелку.

Механизм: Дымовые газы в основном инертны (N₂, CO₂, H₂O) и обладают высокой теплоёмкостью. При попадании в пламя они действуют как разбавитель, поглощая тепло и снижая пиковую температуру пламени. Это напрямую снижает термические выбросы NOx.

Эффективность: РДГ — очень эффективный и широко распространённый метод снижения выбросов NOx.

Ступенчатое сжигание (ступенчатая подача воздуха и топлива):

Концепция: Вместо одновременного смешивания всего топлива и воздуха горение разделяется на несколько этапов.

Ступенчатая подача воздуха: Первоначальное сжигание происходит в богатой топливом смеси (с меньшим количеством воздуха, чем необходимо для полного сгорания). Это создаёт восстановительную атмосферу, препятствующую образованию NOx. Затем поступает вторичный воздух для полного сгорания.

Ступенчатая подача топлива: топливо впрыскивается поэтапно. Например, часть топлива впрыскивается в первичную зону, а затем дополнительное топливо подается во вторичную зону.

Механизм: Создавая зоны с высоким или низким содержанием топлива, ступенчатое сжигание позволяет избежать идеальных условий (высокая температура, высокое содержание кислорода) для образования оксидов азота (NOx).

Внутренняя рециркуляция дымовых газов (ВРДГ):

Принцип действия: Аналогично РДГ, но рециркуляция дымовых газов происходит внутри горелки, часто с использованием аэродинамических сил.

Механизм действия: Специализированные конструкции горелок создают перепады давления, которые втягивают горячие продукты сгорания обратно в первичную зону пламени, достигая аналогичного эффекта снижения температуры, как и внешняя РДГ, но без необходимости использования внешних воздуховодов.

Сжигание обедненной смеси с предварительным смешиванием:

Принцип действия: Топливо и воздух тщательно смешиваются перед поступлением в зону горения, создавая обедненную (с избытком воздуха) смесь.

Механизм действия: Обедненная смесь обеспечивает более низкую температуру пламени и более равномерный температурный профиль, уменьшая количество горячих точек и тепловые выбросы NOx. Это чаще встречается при сжигании газообразного топлива, но может быть адаптировано и для мазута.

Впрыск воды/пара:

Принцип действия: Вода или пар впрыскиваются непосредственно в пламя.

Механизм действия: Вода или пар поглощают тепло при испарении и нагревании, тем самым снижая температуру пламени и уменьшая выбросы оксидов азота. Это может быть эффективно, но также несколько снижает КПД и требует использования системы водоподготовки.

Горелки с низкой завихренностью:

Принцип действия: Эти горелки работают с менее интенсивным завихрением воздуха для горения по сравнению с традиционными горелками с высокой завихренностью.

Механизм действия: Уменьшение завихрения может привести к образованию более длинного и рассеянного пламени с более низкими пиковыми температурами и более плавным смешиванием, что снижает выбросы оксидов азота.

5. Компоненты и работа горелки:

Типичная низкоэмиссионная мазутная горелка включает в себя:

Масляный распылитель: распыляет мазут на мелкие капли для обеспечения эффективного сгорания.

Воздушная заслонка/заслонка: регулирует поток воздуха для горения.

Система зажигания: искры или запальное пламя для инициирования горения.

Сканер пламени: контролирует наличие и качество пламени для обеспечения безопасности.

Вентилятор горения: обеспечивает подачу необходимого воздуха для горения.

Система управления: управляет расходом топлива и воздуха, скоростью рециркуляции отработавших газов (при наличии) и контролирует рабочие параметры для поддержания оптимальных низкоэмиссионных характеристик и эффективности.