1概述

通过低NOx烧嘴来降低NOx排放被认为是最适合加热炉的技术。NOx排放不仅与炉型和设备有关，还与操作条件（如过剩空气系数、炉温、空气预热温度等）有关，因此降低NOx的尝试主要是通过改变这些主要的参数来实现。因此，为了收集、测试市场上最新的低NOx燃烧技术，美国能源部开展了一项工作，把市场上具有代表性的低NOx烧嘴收集起来统一测试，旨在调研冶金加热炉具有低NOx、高燃烧效率、低co的燃烧技术。对于加热炉而言，更换低NOx的投资成本更高，因此本项目是为了告诉钢厂如何选择最适合自己的低NOx燃烧系统。

热力型NOx的生成受三个因素影响:火焰温度、反应区o2浓度、烟气在高温区的停留时间。

降低NOx的技术汇总如表1所示。

表1.降低NOx技术的优点及缺点

降低NOx技术	NOx减少量%	技术优点	技术缺点
低空气过剩系数	5-15%	低燃耗 容易实现	降低NOx能力有限 存在冒烟风险
再燃	30-60%	无催化剂，比SCR成本低	需要富燃料区
外部烟气循环	30-50%	可与其他NOx控制技术结合，适度的投资成本	燃料效率低 火焰不稳定，炭黑生成
分级燃烧	40-60%	低操作成本	新烧嘴成本，最适用于气体燃料
无焰燃烧	80%	低操作成本，温度均匀性好	新烧嘴和设备的成本
SNCR	45-70%	安装简单，与SCR相比运行成本低	与SCR相比NH3反应速率低，适当的温度和O2浓度
SCR	75-95%	NOx降低率高	成本高，需要最佳工作温度
高温还原	60%	安装简单，与SCR相比运行成本低	需要合适的工况

 本项目主要是针对低NOx燃烧技术，因此选择的低NOx烧嘴如表2所示。 

表2.低NOx天然气烧嘴在不同炉温和空气预热温度下的NOx排放水平

厂家	烧嘴	功率kW	炉温	风温	NOx ppm,11%O2
预热式
Hans Henning	HG-SBLN	150-14000	1250	400-550	61-116
Bloom	Cyclops	900-5000	1400	450	34
Hauck	TRIOX	1700 1000	1040 1250	38 550	9-12 20-47
Techint	TS	750-8000	1280	450	60
	TSN	800-6500	1250	450	22-39
	TSX	800-6500	1150-1250	450-520	11-20
WS	Rekumat	12-80	900-1200	450-650	17-55
蓄热式
FBB	TriX100	130-8000	1150 1250	850-1000 900-1150	46-107 46-184
VTS-NFK	HRS	175-4650	1250	1000	31-62

2空气预热式烧嘴测试实验

2.1 Hauck的TRIOX、Techint系列烧嘴

本次测试在CSM实验炉上进行，实验炉膛如图1所示，炉膛尺寸为2*2*7.5m，炉底水冷管，空气可预热至600。

图1 CSM实验炉

 

安装的TRIOX烧嘴和TSX烧嘴如图2所示。

图2 TRIOX烧嘴和TSX烧嘴安装

 

两个烧嘴在两种模式下的火焰对比如图3所示。

图3 TRIOX烧嘴和TSX烧嘴有焰、无焰模式

 

NOx测试结果如图4所示。

图4 Hauck的TRIOX、Techint系列烧嘴热态NOx测试结果

2.2 Henning的HG-SBLN烧嘴测试

 

本烧嘴测试在BFI实验炉上进行，炉膛尺寸为1*1*8m，如图5所示。

图5 Henning SBLN侧烧嘴安装于BFI实验炉

 

NOx测试结果如图6所示。

图6 Henning SBLN侧烧嘴在100%能力下的NOx测试结果

2.3 DFI燃烧技术烧嘴

 

North American的TwinBed^TM烧嘴采用一种称之为“燃料直接喷射”（DirectFuel Injection，以下简写为DFI）的低NOx无焰燃烧技术，燃烧喷口位于中心空气喷口的外环，有报道程DFI技术也用于春扬燃烧，如北美的HiRam^TM OXY-LNI烧嘴，其他烧嘴公司也应用了该项技术，如VTS-NFK HRS、TSX烧嘴，DFI技术起源于1990年的Tokyo Gas，被称之为为“未来十年工业燃烧最关键的技术”。在本项目中，TABO烧嘴被改造为DFI烧嘴，如图7所示，预热空气从中间管供入，燃料管布置在周围炉墙开孔内，燃料以一定角度朝向空气，在离炉墙0.5-1.0m的位置开始混合燃烧。

图7 安装于MEFOS实验炉的DFI技术烧嘴

 

该DFI技术烧嘴测试的NOx如图8所示，当使用冷空气时，燃料是与空气预混后从中间喷出的，因此NOx值要高。DFI燃烧模式不能用于低温炉膛。

图8 DFI技术烧嘴的NOx测试结果（烧嘴功率330kW，燃料C3H8）

3 蓄热式烧嘴测试实验

3.1 FBB的TriX100烧嘴

 

FBB烧嘴被安装于CSM实验炉（2*2*7.5m）上，实验炉系统如图9所示，大约60-80%的烟气被烧嘴抽走，同时在炉顶开了一个排烟口用于排走剩余的烟气，但同时也造成了炉压难以控制。

图8 FBB蓄热式烧嘴实验炉系统

 

FBB的TriX100烧嘴及安装后如图9所示。

图9 FBB的TriX100烧嘴及安装

 

FBB的TriX100烧嘴NOx测试结果如图10所示。

图10 FBB的TriX100烧嘴NOx测试结果（天然气，600kW，R为蓄热烟气比率，当R为0.6、0.7、0.8、0.9时，空气蓄热温度分别为900、1000、1100、1150）。

3.2 NFK的HRS-DL蓄热式烧嘴

 

NFK公司的HRS-DL蓄热式烧嘴结构形式如图11所示，该烧嘴分为低温有焰燃烧和高温无焰燃烧两种模式。

图11 NFK的HRS-DL蓄热式烧嘴结构示意图

国际火焰协会（IFRF）测得的HRS-DL烧嘴NOx如图12所示。

 

 

 

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