用于向井下注入蒸汽以提高原油采收率的直流式蒸汽發(fā)生器(OTSG)在氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)日益嚴(yán)格的燃燒排放要求下運(yùn)行。幾十年來,這些要求從百萬(wàn)分之一(ppm)逐步下降到40ppm到30ppm??爝M(jìn)到2017年,氮氧化物需求量達(dá)到9ppm,在一些地區(qū)達(dá)到5ppm。通過適當(dāng)?shù)娜紵芾恚珻O被降低到接近于零的水平。然而,氮氧化物仍然難以一步步減少,需要在低氮燃燒器科學(xué)和工程方面進(jìn)行重大創(chuàng)新。
在傳統(tǒng)工業(yè)燃燒器中,燃料和空氣在單個(gè)區(qū)域中反應(yīng),以短暫的火焰突然釋放熱量。這種類型的燃燒產(chǎn)生強(qiáng)烈的火焰,幾乎沒有CO。然而,強(qiáng)烈的燃燒產(chǎn)生高的火焰溫度,使燃燒空氣中的氮?dú)夂脱鯕馊诤?,產(chǎn)生NOx,一種標(biāo)準(zhǔn)污染物和地面臭氧前體。從100ppm降低到40ppm需要開發(fā)被稱為低NOx燃燒器的特殊燃燒器。他們通過將空氣分成兩個(gè)不同的區(qū)域來降低NOx。在第一個(gè)區(qū)域加入足夠的空氣形成一個(gè)穩(wěn)定的火焰核心,但沒有足夠的空氣來燃燒所有的燃料。然后加入第二部分空氣,以稱為空氣分級(jí)的策略完成燃盡。稱為燃料分級(jí)的補(bǔ)充策略將燃料劃分為不同的階段。
火焰可能沖擊工藝或鍋爐管道,由于延長(zhǎng)火焰長(zhǎng)度而加速故障。為了達(dá)到更低的排放水平并提供額外的動(dòng)力來使火焰變硬,將煙氣再循環(huán)并添加到燃燒空氣流中。煙氣中的二氧化碳(CO2)和水(H2O)是活性紅外吸收劑,并與煙氣再循環(huán)(FGR)提供的附加質(zhì)量一起幫助冷卻火焰。但是,隨著氮氧化物排放限制下降,火焰穩(wěn)定性成為問題,燃燒器變得越來越復(fù)雜,被稱為超低NOx燃燒器。
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