成果简介:
钢铁行业“超低排放”是我国能源与环境可持续发展的首要突破口。随着天然气等清洁燃料在钢铁冶金等行业的推广应用,SO2 和粉尘污染逐步得到有效控制,而 NOx 排放成为工业污染治理的瓶颈所在。针对高温冶金过程 NOx 产生排放严重、NOx 末端治理成本高等问题,研发了基于烟气变压自回吸的天然气低 NOx 燃烧方法和燃烧器结构设计方法;基于伯努利原理设计了以收缩-扩张管为特征的新型燃烧器结构,通过在燃烧器空气通道的收缩管段(喉部)侧开孔,形成相对于炉膛的负压区,通过压差驱动炉膛内高温烟气自动回流进入燃烧器空气通道;通过高温烟气与空气的预混,稀释燃烧过程氧气浓度、提高助燃空气温度;通过空气与燃气预混实现弥散燃烧,并解析了低氮燃烧器关键结构参数对燃烧特性、炉膛温度分布与 NOx 浓度特征的影响机制,形成了连续蓄热式天然气清洁燃烧和源头减 NOx 新技术。
推广应用情况:
在中钢集团河冶科技股份有限公司室式炉完成了示范应用,炉温范围 500℃~1300℃内,烟气氮氧化物原始排放浓度≤50mg/m³,在行业内受到广泛认可,并在唐山建龙、中原特钢、通裕重工等应用推广。
技术优势:
1. 烟气自循环稀释燃烧过程 O2 浓度,实现 NOx 源头减排。
2. 空气与燃气预混形成弥散燃烧,提高炉温均匀性和加热品质。
3. 烟气回流量与燃料/空气流量自动匹配。
性能指标:
1. 烟气回流率 20%-50%。
2. NOx 原始排放浓度 50mg/m3。
3. 氧化烧损降低 30%以上。
市场分析:
以天然气等气体燃料代替煤、油燃料是是目前钢铁冶金等工业炉窑节能减排的发展趋势,而进一步降低气体燃料燃烧过程 NOx 原始排放是工业污染深度治理的关键。目前,我国 NOx 排放总量约为 1500 万吨,其中 60%以上来自冶金、建材、电力等工业生产过程。自“十三五”电力行业“超低排放”实施以来,电力行业 NOx 排放得到了有效控制,以钢铁冶金为代表的高温流程工业成为 NOx减排的关键所在。《钢铁工业大气污染物超低排放标准》(DB 13/ 2169—2018)规定了新建加热炉 NOx 的排放限值为 150mg/m³。目前,工业烟气脱硝多采用 SCR、SNCR 等NOx 后处理方法,在一定程度上降低了 NOx 排放。然而,后处理工艺中存在前期投资大、后期维修复杂、减排效果有限、易造成二次污染等问题。比较之下,在 NOx 产生源头对其进行治理,不仅可以减少资金投入,并且在节能潜力、后续污染等方面都有着很大优势。因此,亟需研发以低 NOx 燃烧为核心的源头减排与超低排放技术。
经济效益分析:
本技术可通过天然气燃烧过程调控实现 NOx 源头减排,减少末端治理投资和运维成本。钢铁和有色冶金行业的热加工工艺过程正在全国推广超低排放技术,而本技术通过低 NOx 燃烧过程从源头上控制氮氧化物的产生,具有非常广阔的
推广应用市场。
成果亮点:
1. 具有自主知识产权,研究成果已申请国家发明专利 1 项。
2. 该技术通过收缩-扩张管结构设计实现烟气变压自回吸,降低助燃风中氧气浓度,实现 NOx 源头减排与超低排放,达到国际先进水平。