关于炉子低氮改造的悖论，欢迎探讨

公司参与一加热炉低氮改造项目，业主方认为更换低氮燃烧器后会降低炉子的热效率，而我方认为不会，我自己仔细思考后感觉有点迷糊了，请大家给出观点和理由（或者给出实际改造例子更好），请用科学的理论来说服我！以下是我的思考:1、低氮改造的核心在于低氮燃烧器，而低氮燃烧器的核心在于降低燃烧区域的反应温度，我公司通过燃料分级和空气分级两种方式来实现低氮，也就是说，改造前火焰温度1800℃，改造后可能只有1300℃，相应的改造后炉膛内的烟气温度就会降低。
2、炉膛内以烟气辐射换热为主，还有部分的对流换热，辐射换热主要跟烟气的温度有关，烟气温度降低，当然辐射换热就降低了，效率自然就下去了。
3、炉子的热损失主要有两方面：一是燃料的未完全燃烧，二是排烟带走的热量
4、在同样燃料进去的情况下，分级燃烧也必定是完全燃烧（空气是过量的），排烟温度如果并没有升高的情况下，炉子的热效率是不会降低的。
那么到底低氮改造会不会影响炉子的热效率呢？

1800降低到1300能不能满足工艺要求，如果是烧100度的热水这样改造肯定提高了热效率。如果1800度和1300下热量产生的价值有大幅度的变化，那就舍本求末了

清城君 发表于 2018-8-9 15:03
1800降低到1300能不能满足工艺要求，如果是烧100度的热水这样改造肯定提高了热效率。如果1800度和1300下热 ...

1800和1300我只是打个比方，具体多少我并不知道，我只想知道我这个逻辑思维有没有问题，谢谢回复！

哎咿呀嗯哼 发表于 2018-8-9 15:06
1800和1300我只是打个比方，具体多少我并不知道，我只想知道我这个逻辑思维有没有问题，谢谢回复！

这个逻辑是基于炉子为中心的逻辑，是不可靠的
人家更关系的是1吨产品消耗多少吨标煤这一最根本的能耗。如果你的改造使得工艺改变生产效率降低，浪费更多的能量得不偿失

    加热炉传热是因存在温差而发生的热能的转移，傅立叶导热定律的物理意义：温度梯度是驱动力。因此，由于加热炉燃烧器低氮燃烧必须降低燃烧温度，加热炉的烟焰温度比低氮燃烧之前降低，降低了“驱动力”，必然影响热能的转移，直接降低加热炉热效率。     加热炉热效率的主要影响因素是排烟温度、燃料燃尽率、烟焰能量利用率、燃烧温度。业内共识，降低排烟温度对加热炉影响最大，排烟温度每降低17~20℃。加热炉热效率提高一个百分点；燃料燃尽率越高加热炉热效率越高；烟焰能量利用率则是被遗忘的要素；如果不低氮燃烧，燃烧温度也是被遗忘的要素。四个要素对加热炉热效率的影响排序，可能是排烟温度、烟焰能量利用率、燃烧温度、燃料燃尽率。
     “燃料分级和空气分级两种方式来实现低氮燃烧”仅仅是在“燃料燃尽率”范畴，况且国内外对燃料燃尽率研究至今仍然在进行中，各种燃烧器对燃料燃尽率的对比高低没有权威检测说明。某型低氮燃烧器的燃料燃尽率相对高，对加热炉热效率的正平衡不足与弥补燃烧温度降低对加热炉热效率的负平衡，因为，两要素影响不一样。特别提请注意的是，低氮燃烧的条件还有贫氧燃烧，必须控制过剩空气系数。如果控制发生偏差，会加重不完全燃烧，降低燃料燃尽率，一氧化碳指标超标。
     常规低氮燃烧器降低加热炉热效率，会有加热炉操作弹性变小、烟焰发飘、一氧化碳超标等现象；只有高效低氮燃烧器可以提高加热炉热效率，提高加热炉操作弹性、烟焰不发飘、一氧化碳不超标。

时代先锋 发表于 2019-2-13 14:25
加热炉传热是因存在温差而发生的热能的转移，傅立叶导热定律的物理意义：温度梯度是驱动力。因此，由于 ...

燃料和空气分级就已经实现了贫氧燃烧，空气虽然分级，但是总体的空气量是一定的（比如烧天然气时空气过剩系数1.15，采用低氮燃烧器时总空气量也是这么多）。关于高效低氮燃烧器为啥还能提高炉子热效率的问题我有点没明白，理由在哪？

低氮燃烧改造的受益方是国外进口燃烧器，这就说明是我们的政策制定者被欧美买通了！

1. NOx 和 COx 在燃烧生成物的曲线是互逆的;降氮和节能单从燃烧层面讲就是互逆的. 要美国南加州9PPM@3%O2 = 18mg/Nm3 或者旧金山湾5PPM合10mg的量级，就必然牺牲能耗，因为要降氮，不管是何种降氮的燃烧解决方案还是尾气脱销，业主的成本必然增加，降氮是为人类环境做贡献。2. 不管是火管水管还是其他型式锅炉，化繁为简，就是换热器，如果产生单位热水或蒸汽耗费的天然气没变，那自然热效率没有下降，但是基本不可能。就燃烧产生氮氧化物讲，Thermal NOx热力型氮氧化物占80%多，所以大部分技术围绕控制燃烧速率，降低局部高温火焰温度。对同一个换热器来说，火焰温度下降热辐射效率降低，当然还有热对流，如果相对低温的烟气在换热器内部停留时间长一些，那么热辐射降低的一点可以通过热对流弥补回来一部分。但是换热器还是那个换热器，顶多烟囱上加装可自动调节的挡板来控制，但作用微乎其微。所以换热器内部的设计，热机场的分布，整个热平衡计算即使通过CFD也没啥意思。
跳出系统的概念，加热单位体积或质量的热水或蒸气，不管用谁家的燃烧器，耗费的天然气不变，那锅炉热效率就不变。
烟气里氧含量高比原来高，只能说这款机器过剩空气系数大，那肯定不节能，因为助燃空气里的N2无辜被加热，必然带走热量通过烟气。
一直说降氮，那么烟气里的COx有关注过吗？如果不降氮，烧嘴也燃尽率为主导，烟气里测得的COx少的可以到5PPM吧，那改成低氮的30-50mg的居多吧，如果超低氮的，COx更难控制吧。
再说燃气分级和空气分级，主要浓淡燃烧，先贫氧后富网，消除非低氮设计时燃气刚喷出就剧烈燃烧产生高温火焰的状况。但是相对火焰远端空气分级的部分很难控制，这个你可以参考你的助燃空气压力，比任何型号燃烧器的燃气压力小很多吧。这个时候保证要完全燃烧，有的厂家的过剩空气系数开始放大了一点，反正折算后满足现行NOx要求就应付过去了。
全预混的30mg烟气氧含量6-8%吧.
加FGR的抽回来的烟气的水和其他惰性气体产物被无辜加热了吧？虽然FGR加大的热对流效率，但很少。
接下来国内可能要开始走向的不带FGR 30mg的Hybermix往火焰上喷水或喷蒸气来加快降低火焰问题，这些介质被无辜加热也是增加能耗吧。

曾经问过国外的锅炉厂商，低氮改造后热效率问题，他们反问我，如果关注热效率，烟气系统上高效节能器的用处是什么？烟气量多点少点，温度高点低点，无非把循环被加热的介质加热的高点或低点，何必纠结复杂的燃烧过程和换热过程，毕竟是改造。

tengsaiyin 发表于 2020-7-10 07:11
1. NOx 和 COx 在燃烧生成物的曲线是互逆的;降氮和节能单从燃烧层面讲就是互逆的. 要美国南加州9PPM@3%O2 = ...

回答的很专业啊，很强！

ku 发表于 2020-7-28 11:04
回答得很专业，学习了。现实是，如果烧嘴改造成本+燃烧气能耗增加成本  > 脱销系统运行成本，是否就说明 ...

如果我们把运营成本的比较以10年来作为衡量标准的话, 燃烧器+燃气成本不可能大于后段脱销运营成本,需要考虑氨水或尿素的成本及带来的腐蚀,尿素更安全成本更高,氨水便宜但氨逃逸控制的比较好,达到美系的2-5PPM的量级一次性购置成本也不低.国内的逆向能力会让Low NOx或Ultra Low NOx burner的价格下来的.

如果改造后达不到原有工艺设计条件，那就舍本求末了，低氮燃烧器有多种类型吧，不是有尾气重复燃烧型的吗？