Explicación detallada de la tecnología de combustión por etapas en quemadores de bajo nox

La combustión escenificada es una de las tecnologías centrales enquemadores de baja nox. Al controlar el proceso de mezcla de combustible y aire en etapas, interrumpe el entorno rico en oxígeno a alta temperatura requerido para la formación de NOx, reduciendo significativamente las emisiones de óxido de nitrógeno. Esta sección proporciona un análisis detallado del principio, los tipos, las consideraciones de diseño clave y las aplicaciones prácticas de la combustión escenificada.

El quemador de bajo nitrógeno de gas graduado incluye un distribuidor, una placa guía, un electrodo de encendido, un tubo de combustible de encendido y un cilindro de combustión. El distribuidor se utiliza para proporcionar una ruta de flujo para el gas, incluido un cuerpo principal y una pluralidad de boquillas de gas conectadas al cuerpo principal. El cuerpo principal es un cilindro con una capa intermedia, cuyo exterior es una capa intermedia y el interior es una parte hueca. Hay múltiples cavidades de distribución de gas dispuestas a intervalos en la parte superior de la capa intermedia. El gas ingresa a la cavidad de distribución a través del cuerpo principal y se expulsa a través de la boquilla de gas.

El aire fluye a través de la ruta de flujo de aire formada por la parte hueca del cuerpo principal y la boquilla de gas para proporcionar gas retardante de llama al gas. Este tipo de quemador está equipado con un conducto de circulación de aire separado, que simplifica el equipo y ahorra espacio y costo. Las tres capas de aire que soportan la combustión, las dos capas de gas y el gas de combustión arrastrado en el quemador están dispuestas en capas, lo que reduce la temperatura de la llama y la concentración de oxígeno en el gas de combustión, reduce efectivamente la emisión de Nox, y cumple con los requisitos de reducción de nitrógeno y protección ambiental.

1. Principio central de la combustión escenificada

La generación de NOx depende de tres condiciones: Alta temperatura (> 1400 ° C), entorno rico en oxígeno y fuentes de nitrógeno (N₂ de compuestos de aire o nitrógeno en combustible). La combustión escenificada interrumpe esta cadena a través de los siguientes mecanismos:

1. Mezcla retrasada: El combustible y el aire se mezclan en etapas para evitar zonas localizadas de alta temperatura.

2. Supresión química: Se crea una atmósfera reductora en la zona de combustión inicial para convertir el nitrógeno en N₂ en lugar de Nox.

3. Control de temperatura: Al dividir la combustión en las etapas, la temperatura máxima de la llama se reduce, suprimiendo la formación de NOx térmico.

2. Dos tipos principales de combustión escenificada

(1) Efección de aire

• Principio:
  El aire de combustión se inyecta en dos etapas:

  • Zona de combustión primaria (zona rica en combustible): Solo se suministra el 80% –85% del aire teórico, creando combustión deficiente en oxígeno. Esto reduce la temperatura y genera gases reductores (por ejemplo, CO, H₂), que convierten NOX en N₂.

  • Zona de combustión secundaria (zona de agotamiento): El aire restante se introduce para garantizar una combustión completa de combustible.

• Ventajas:

  • Reduce el NOx térmico en un 40%–60%, especialmente efectivo para las calderas de gas/petróleo.

  • Estructura simple y bajo costo de modernización.

• Desafíos:

  • Requiere un control preciso de la relación aire-combustible en la zona primaria para evitar la deposición de carbono o las emisiones excesivas de CO.

(2) puesta en escena de combustible

• Principio:
  El combustible se inyecta en dos etapas:

  • Zona de combustión primaria: La mayor parte del combustible (70%–80%) y todo el aire de combustión se suministran, creando un entorno rico en oxígeno.

  • Zona de combustión secundaria: Se inyecta el combustible restante (20%–30%), donde se enciende usando gases de combustión de alta temperatura desde la zona primaria. Debido a la deficiencia de oxígeno y una temperatura más baja, se suprime la formación de NOx.

• Ventajas:

  • Más efectivo para reducir el Nox de combustible (por ejemplo, carbón, biomasa), lograr una reducción del 50% -70%.

• Desafíos:

  • Requiere un sistema de control complejo para coordinar la inyección de combustible entre las etapas para evitar el llamado en la zona secundaria.

3. Parámetros de diseño clave y estrategias de optimización

1. Relación de estadificación:

   • En la estadificación del aire, la zona primaria generalmente recibe del 80% al 90% de la demanda total de aire. Demasiado aire reduce la eficiencia de reducción de NOx, mientras que muy poco causa una combustión incompleta.

   • En la estadificación de combustible, la relación de combustible secundaria generalmente no debe exceder el 30% para mantener la estabilidad de la combustión.

2. Intensidad de mezcla:

   • Los remolinos, inyectores múltiples o potenciadores de turbulencia aseguran una mezcla escenificada pero exhaustiva de combustible y aire.

3. Tiempo de residencia:

   • La zona primaria debe mantener un tiempo de residencia de 0.3–0.5 segundos para garantizar una reducción completa del NOX.

4. Aplicaciones típicas y estudios de casos

1. Calderas de gas:

   • Combinatorio Efección de aire + FGR Reduce el NOX a menos de 30 mg/m³ (por ejemplo, un proyecto de modernización europea de planta de energía).

2. Centrales eléctricas a carbón:

   • Puesta en escena de combustible + SNCR Reduce las emisiones de NOx de 500 mg/m³ a 100 mg/m³ (por ejemplo, una unidad de 1000 MW en China).

3. Hornos rotativos de cemento:

   • Los quemadores de múltiples etapas con la combustión por precalciner organizado alcanzan más del 60% de reducción de NOX.

5. Limitaciones de la combustión escenificada

1. Idoneidad de combustible:

   • La estadificación del aire funciona mejor para el gas natural y el aceite ligero, mientras que la estadificación de combustible es más efectiva para combustibles de alto nitrógeno (por ejemplo, carbón pulverizado, biomasa).

2. Complejidad del sistema:

   • Requiere sistemas precisos de control de aire/combustible, aumentando los costos de mantenimiento.

3. Sinergia con otras tecnologías:

   • Para el NOX ultra bajo (<50 mg/m³), la combustión por etapas debe combinarse con la desnitrificación posterior a la combustión (por ejemplo, SNCR/SCR).

Conclusión

La combustión escenificada logra una reducción eficiente de NOx a través de "Suministro gradual, control de temperatura preciso y reducción de productos químicos", lo que lo convierte en un proceso central en quemadores de baja nox. En aplicaciones prácticas, la estrategia de estadificación adecuada debe seleccionarse en función de las características del combustible, los requisitos de emisión y las consideraciones de costos, a menudo en sinergia con otras tecnologías de baja NOx (por ejemplo, FGR, SCR).