簡介： 用改變燃燒條件的方法來降低NO_x的排放，統稱為低NO_x燃燒技術。在各種降低NO_x排放的技術中，低NO_x燃燒(shao)技術采(cai)用最廣、相對簡(jian)單、經濟并且有(you)效(xiao)。

關鍵字：燃燒條件 NO_x NO_x燃燒技術 低NO_x燃燒器

用改變燃燒條件的方法來降低NO_x的排放，統稱為低NO_x燃燒技術。在各種降低NO_x排放的技術中，低NO_x燃燒技(ji)術采用最廣、相對簡(jian)單、經濟并且有效。

目前(qian)主要有以下幾(ji)種：

1 低過量空氣燃燒

使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NO_x的生成。這是一種最簡單的降低NO_x排放的方法。一般可降低NO_x排(pai)放15－20%。但如爐內氧濃度過低（3%以(yi)下），會造(zao)成濃度急劇增(zeng)加，增(zeng)加化(hua)學不(bu)完全(quan)燃(ran)(ran)燒熱損失，引起飛灰含碳量增(zeng)加，燃(ran)(ran)燒效率(lv)下降。因此(ci)在鍋爐設計和運行(xing)時，應選取最合理(li)的過量空氣系數。

2 空氣分級燃燒

基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成。在第一階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總燃燒空氣量的70－75%（相當于理論空氣量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時第一級燃燒區內過量空氣系數α＜1，因而降低了燃燒區內的燃燒速度和溫度水平。因此，不但延遲了燃燒過程，而且在還原性氣氛中降低了生成NO_x的反應率，抑制了NO_x在(zai)這(zhe)一燃(ran)(ran)燒(shao)中的(de)(de)(de)生(sheng)成量。為了(le)完成全部(bu)燃(ran)(ran)燒(shao)過程，完全燃(ran)(ran)燒(shao)所(suo)需的(de)(de)(de)其余空(kong)氣(qi)(qi)則通過布置(zhi)在(zai)主燃(ran)(ran)燒(shao)器上方的(de)(de)(de)專(zhuan)門空(kong)氣(qi)(qi)噴口(kou)OFA（over fire air）――稱(cheng)為"火上風"噴口(kou)送入爐膛，與第一級燃(ran)(ran)燒(shao)區在(zai)"貧氧燃(ran)(ran)燒(shao)"條(tiao)件(jian)(jian)下所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)煙氣(qi)(qi)混合，在(zai)α＞1的(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)(jian)下完成全部(bu)燃(ran)(ran)燒(shao)過程。由于整個燃(ran)(ran)燒(shao)過程所(suo)需空(kong)氣(qi)(qi)是分兩級供入爐內，故稱(cheng)為空(kong)氣(qi)(qi)分級燃(ran)(ran)燒(shao)法(fa)。

這一方法彌補了簡單的低過量空氣燃燒的缺點。在第一級燃燒區內的過量空氣系數越小，抑制NO_x的生成效果越好，但不完全燃燒產物越多，導致燃燒效率降低、引起結渣和腐蝕的可能性越大。因此為保證既能減少NO_x的(de)排放，又保證鍋(guo)爐燃燒(shao)的(de)經濟性和可靠(kao)性，必須(xu)正確(que)組織空(kong)氣分級(ji)燃燒(shao)過程。

若用空氣分級燃燒方法改造現有煤粉爐，應對前墻或前后墻布置燃燒器的原有爐膛進行改裝，將頂層燃燒器改作"火上風"噴口，將原來由頂層燃燒器送入爐膛的煤粉中形成富燃料燃燒，從而NO_x生成(cheng)。可降(jiang)低15－30%。新設計的鍋爐可在燃燒器(qi)上方(fang)設"火(huo)上風"噴口(kou)。

3 燃料分級燃燒

在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完全燃燒產物CO、H₂、C和C_nH_m時(shi)，會發生NO的還原反應，反應式為：

4NO+CH4 =2N₂+CO₂+2H₂O
2NO+2C_nH_m+(2n+m/2-1)O₂ =N₂+2nCO₂+mH₂O
2NO+2CO =N₂+2CO₂
2NO+2C =N₂+2CO
2NO+2H₂ = N₂+2H₂O

利用這一原理，將80-85%的燃料送入第一級燃燒區，在α>1條件下，燃燒并生成NO_x。送入一級燃燒區的燃料稱為一次燃料，其余15-20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區，在α<1的條件下形成很強的還原性氣氛，使得在一級燃燒區中生成的NO_x在二級燃燒區內被還原成氮分子，二級燃燒區又稱再燃區，送入二級燃燒區的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區中不僅使得已生成的NO_x得到還原，還抑制了新的NO_x的生成，可使NO_x的排放濃(nong)度進一步降低。

一般，采用燃料分級可使NO_x的排放濃度降低(di)50%以(yi)上。在再(zai)燃(ran)(ran)區(qu)(qu)(qu)的上面還需布置"火上風(feng)"噴口，形成(cheng)第(di)三級燃(ran)(ran)燒(shao)區(qu)(qu)(qu)（燃(ran)(ran)盡(jin)區(qu)(qu)(qu)），以(yi)保證再(zai)燃(ran)(ran)區(qu)(qu)(qu)中生成(cheng)的未完全(quan)燃(ran)(ran)燒(shao)產(chan)物(wu)的燃(ran)(ran)盡(jin)。這種再(zai)燃(ran)(ran)燒(shao)法(fa)又稱(cheng)為燃(ran)(ran)料分級燃(ran)(ran)燒(shao)。

燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)分級燃(ran)(ran)燒時(shi)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)二次(ci)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)可(ke)以(yi)(yi)是和一次(ci)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)相同的(de)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)，例如煤粉爐(lu)可(ke)以(yi)(yi)利用(yong)煤粉作為二次(ci)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)。但(dan)目(mu)前煤粉爐(lu)更多采用(yong)碳(tan)氫類氣體(ti)或液體(ti)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)作為二次(ci)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)，這是因為和空氣分級燃(ran)(ran)燒相比，燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)分級燃(ran)(ran)燒在爐(lu)膛內需要(yao)有三級燃(ran)(ran)燒區(qu)(qu)，這合行燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)和煙氣在再燃(ran)(ran)區(qu)(qu)內的(de)儀時(shi)間相對(dui)較短，所(suo)以(yi)(yi)二次(ci)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)宜于(yu)選用(yong)煤粉作為二次(ci)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)，也要(yao)采用(yong)高揮發(fa)分易燃(ran)(ran)的(de)煤種，而且要(yao)磨得更細。

在采用燃料分級燃燒時，為了有效地降低NO_x排放，再燃區是關鍵。因此需要研究在再燃區中影響NO_x濃度值的因素。

4 煙氣再循環

目前使用較多的還有煙氣再循環法，它是在鍋爐的空氣預熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐內，或與一次風或二次風混合后送入爐內，這樣不但可降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進而降低了NO_x的排放(fang)濃(nong)度(du)，。從空(kong)氣(qi)(qi)(qi)預熱器(qi)前抽取(qu)溫度(du)較(jiao)低的煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)，通(tong)過再循環(huan)(huan)風(feng)機(ji)將抽取(qu)的煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)送入空(kong)氣(qi)(qi)(qi)煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)混合(he)器(qi)，和空(kong)氣(qi)(qi)(qi)混合(he)后一起送入爐內，再循環(huan)(huan)煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)量(liang)與不采用(yong)煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)再循環(huan)(huan)時(shi)的煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)量(liang)之(zhi)比，稱為煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)再循環(huan)(huan)率。

煙氣再循環法降低NO_x排放的效果與燃料品種和煙氣再循環有關。經驗表明，煙氣再循環率為15-20%時，煤粉爐的NO_x排放濃度可降低25%左右。NO_x的降低率隨著煙氣再循環率的增加而增加。而且與燃料種類和燃燒溫度有關。燃燒溫度越高，煙氣再循環率對NO_x降低率的影響越大。

電站鍋(guo)爐和(he)煙(yan)(yan)氣(qi)再(zai)循環率一(yi)般控制在10-20%。當(dang)采用更高的(de)煙(yan)(yan)氣(qi)再(zai)循環率時，燃燒會(hui)(hui)不穩(wen)定(ding)，未(wei)完全(quan)燃燒熱(re)損失(shi)會(hui)(hui)增(zeng)加。另外采用煙(yan)(yan)氣(qi)再(zai)循環時需加裝再(zai)循環風(feng)機、煙(yan)(yan)道(dao)，還需要場地，增(zeng)大了投資，系統復雜。對(dui)原有設備(bei)進行改裝時還會(hui)(hui)受到場地的(de)限制。

煙氣再循環法可在一臺鍋爐上單獨使用，也可和其它低NO_x燃燒(shao)技術配(pei)合使用(yong)，可(ke)用(yong)來(lai)降低主(zhu)燃燒(shao)器空氣的濃度，也可(ke)用(yong)來(lai)輸送(song)二次燃料。需進行技術經(jing)濟比較(jiao)。

5 低NO_x燃燒器

煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統中的關鍵設備。不但煤粉是通過燃燒器送入爐膛，而且煤粉燃燒所需的空氣也是通過燃燒器進入爐膛的。從燃燒的角度看，燃燒器的性能對煤粉燃燒設備的可*性和經濟性起著主要作用。從NO_x的生成機理看，占NO_x絕大部分的燃料型NO_x是在煤粉的著火階段生成的，因此，通過特殊設計的燃燒器結構以及通過改變燃燒器的風煤比例，可以將前述的空氣分級、燃料分級和煙氣再循環降低NO_x濃度的大批量用于燃燒器，以盡可能地降低著火氧的濃度適當降低著火區的溫度達到最大限度地抑制NO_x生成的目的，這就是低NO_x燃燒器。低NO_x燃燒器得到了廣泛的開發和應用，世界各國的大鍋爐公司，為使其鍋爐產品滿足日益嚴格的NO_x排放標準，分別開發了不同類型的低NO_x燃燒器，可達到NO_x降低率一(yi)般在30-60%。

6 煤粉爐的低NO_x燃燒系統

為更好地降低NO_x的排放量和減少飛灰含碳量，很多公司將低NO_x燃燒器和爐膛低NO_x燃燒（空氣分級、燃料分級和煙氣再循環）等組合在一起，構成一個低低NO_x燃燒系統。

7 液態排渣爐的低NO_x燃燒

目前旋風爐、切向燃燒液態爐和U型火焰液態爐仍有大量設備在運行。現代化的大型液態排渣爐主要是采用U型火焰燃燒方式。在不采取降低NO_x的措施時，其NO_x排放值一般均超過2000mg/Nm³，所以近年電站煤粉爐多傾向于固態排渣滬。其主要降低NO_x的措施有：

a) 采用WS型低NO_x燃燒器，并采用再循環煙氣和一次風或二次風混合以使著火區成為富燃料燃燒區，可使NO_x降低25%。

b) 增設三次風。當采用煙氣再循環并取三次風份額為20%時，鍋爐的NO_x排放量可降至1000mg/Nm³以下。

c) 使用細(xi)顆粒(li)煤粉

8 層燃爐降低NO_x排放的方法

我國使用最普遍的層燃爐是鏈條爐。鏈條爐燃料層燃燒過程本身存在著類似于空氣分級燃燒的特點，其NO_x排放比煤粉爐低得多，在450mg/Nm³以下。可以采用適用于煤粉爐的低NO_x燃(ran)燒(shao)技術。如采用(yong)低過量(liang)空氣系數(shu)，可(ke)降低20%。

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