低NOx燃燒技術(shù)

1、燃煤鍋爐的低nox燃燒技術(shù)nox是對n2o、no2、no、n2o5以及pan等氮氧化物的統(tǒng)稱。在煤的燃燒過程中，nox生成物主要是no和no2,其中尤以no是最為重要。實(shí)驗(yàn)表明，常規(guī)燃煤鍋爐中 no 生成量占nox 總量的90%以上，no2 只是在高溫?zé)煔庠诩彼倮鋮s時(shí)由部分no轉(zhuǎn)化生成的。n2o之所以引起關(guān)注，是由于其在低溫燃燒的流化床鍋爐中有較高的排放量，同是與地球變暖現(xiàn)象有關(guān)，對于n2o 的生成和抑制的內(nèi)容我們將結(jié)合流化床燃燒技術(shù)進(jìn)行介紹。因此在本章的討論中，nox 即可以理解為no 和 no2 。一、燃煤鍋爐 nox 的生成機(jī)理根據(jù) nox 中氮的來源及生成途徑，燃煤鍋爐中nox 的生成

2、機(jī)理可以分為三類： 即熱力型、燃料型和快速型，在這三者中，又以燃料型為主。它們各自的生成量和爐膛溫度的關(guān)系如圖 3-1 所示。試驗(yàn)表明，燃煤過程生成的nox 中 no占總量的90%, no2只占5%10%。退狂熱力型no#燃料型nox(ui/ss/xon100014001800爐膛溫度？c3t爐膜內(nèi)不同類型no工的生成量與爐瞠溫度的關(guān)系1、熱力型nox熱力型nox是參與燃燒的空氣中的氮在高溫下氧化產(chǎn)生的， 其生成過程是個(gè)不分支的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，又稱為捷里多維奇(zeldovich)機(jī)理o22o(3-1)on2non(3-2)如考慮下列反應(yīng)n o2 no o(3-3)nohnoh(3-4)則稱為擴(kuò)大的

3、捷里多維奇機(jī)理。由于 nn三鍵鍵能很高，因此空氣中的氮非常穩(wěn)定，在室溫下，幾乎沒有 nox生成。但隨著溫度的升高，根據(jù)阿侖尼烏斯 (arrhenius)定律，化學(xué)反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律迅速增加。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度超過1200c時(shí)，已經(jīng)有少量的nox生成，在超過1500c后，溫度每增加100c,反 應(yīng)速率將增加67倍，nox的生成量也有明顯的增加，如圖3-1所示。但總體上來說，熱力型nox的反應(yīng)速度要比燃燒反應(yīng)慢，而且溫度對其生成 起著決定性的影響。對于煤的燃燒過程，通常熱力型nox不是主要的，可以不予考慮。一般來說通過降低火焰溫度、控制氧濃度以及縮短煤在高溫區(qū)的停留時(shí) 間可以抑制熱力型nox的生成。

4、2、快速型nox快速型nox中的氮的來源也是空氣中的氮，但它是遵循一條不同于捷里多維 奇機(jī)理的途徑而快速生成的。具生成機(jī)理十分復(fù)雜，如圖 3-2所示。燃料型no.起源于煤中的氮成分圖32煤粒周圍n5的生成機(jī)理通常認(rèn)為快速型nox是由燃燒過程中的形成活躍的中間產(chǎn)物 chi與空氣中的氮反應(yīng)形成hcn、nh和n等，再進(jìn)一步氧化而形成的。在煤的燃燒過程中，煤炭揮發(fā)分中的碳?xì)浠衔镌诟邷貤l件下發(fā)生熱分解， 生成活性很強(qiáng)的碳化氫自 由基（ch ch2 ）,這些活化的chi和空氣中的氮反應(yīng)生成中間產(chǎn)物 hcn、nh和n ,隨后又進(jìn)一步被氧化成 no,實(shí)驗(yàn)表明這個(gè)過程只需60ms,故稱為快 速型nox,這一機(jī)

5、理是由費(fèi)尼莫（fenimore）發(fā)現(xiàn)的，所以又稱為費(fèi)尼莫機(jī)理。ch n2 hcn n(3-5)c n2 cn n(3-6)由圖3-1可以看出，在煤粉燃燒過程中快速型 nox生成量很小，大致在(10 100) m0-6,且和溫度關(guān)系不大。但隨著 nox排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，對于某些碳 氫化合物氣體燃料的燃燒，快速型 nox的生成也應(yīng)該得到重視。3、燃料型nox由燃料中的n生成的nox稱為燃料型nox,由圖3-1可知，燃料型nox是 煤粉燃燒過程中nox的主要來源，占總量60%80%。同時(shí)由于煤的熱解溫度低 于其燃燒溫度，因此在 600800c時(shí)就會(huì)生成燃料型 nox,而且其生成量受溫 度不大。析出

6、揮發(fā)分 一次燃燒空氣二次燃燒煤粉顆粒t揮發(fā)分氣體揮發(fā)分-nhcnpnh,廠揮發(fā)分noi-hcn，nhjnj一焦炭no*焦炭顆粒焦炭-n一hcn1nh/-n2焦炭-n未燃盡焦炭圖3t 燃料型no*的生成機(jī)理煤的氮含量在0.4%2.9%之間，且隨其產(chǎn)地的不同有較大差異。煤中絕大多數(shù)的氮都是以有機(jī)氮的形式存在。在燃燒過程中，一部分含氮的有機(jī)化合物揮發(fā)并受熱裂解生成n、cn、hcn和nhi等中間產(chǎn)物，隨后再氧化生成 nox；另一部分焦炭中的剩余氮在焦炭燃燒過程中被氧化成nox,因此燃料型nox又分 為揮發(fā)分nox和焦炭nox。該過程如圖3-3所示實(shí)驗(yàn)表明，在通常的燃燒條件下，燃煤鍋爐中大約只有20%2

7、5%的燃料氮轉(zhuǎn)化為nox,而且受燃燒過程空氣量影響很大，常用過量空氣系數(shù)（ h來表示 燃燒過程空氣量的多少，一般定義在化學(xué)當(dāng)量比下的過量空氣系數(shù)為1,大于1表示空氣過量，小于1表示空氣量不足。如圖3-4所示，當(dāng)過量空氣系數(shù) 行0.7 時(shí)，燃料型nox的生成量接近于零，然后隨過量空氣系數(shù)的增加而增加。同時(shí) 進(jìn)一步研究表明，焦炭氮向 nox的轉(zhuǎn)化率很低，大多數(shù)燃料型 nox屬于揮發(fā)分 nox,以上知識(shí)對于研究和開發(fā)燃料型 nox的控制技術(shù)是相當(dāng)重要的。252015110013001500溫度/七10900圖$4過量空氣系數(shù)和溫度對燃料型not生成量的影響煤燃燒的氮氧化物形成實(shí)際上是一個(gè)非常復(fù)雜的過

8、程，與煤種、燃燒方式及燃燒過程的控制密切相關(guān)。對于各種不同的煤種的原始nox排放情況，一般來 說無煙煤燃燒時(shí)的nox排放量最大，褐煤燃燒時(shí)為最小，這不但與煤種有關(guān), 更重要的是與煤的燃燒方式有關(guān)，煤中的揮發(fā)分越低，燃燒時(shí)為了燃燒的要求,組織的燃燒溫度越高，同時(shí)風(fēng)量一般也最大，就形成了原始的nox排放也越高。圖3-5所示的是不同的燃煤鍋爐爐型所產(chǎn)生的原始 nox排放量的狀況，從圖中可 以看來，對于循環(huán)流化床鍋爐具有最好的低nox排放性能，原始排放量最大的是液態(tài)排渣煤粉爐，這也是為什么目前液態(tài)爐用得不多的原因之一。1 600盛敘崎液態(tài)排渣爐爐：麴猊*卜 v a f b a b r昌也自:&*：占證

9、k第后旋風(fēng)爐性也， ir - s e tx、fo%efon80060014001 2001000r -bix . ai + 1 *d之/：之士籍部:鬣排渣廬前墻悠燒400前后墻水平燃燒切向燃燒200o 2004006008001 000鍋爐容量/mwe圖3-5不同燃煤鍋爐no,的原始排放量圖3-6進(jìn)一步給出了都是煤粉爐不同燃燒方式的條件下的 nox排放量，從圖中可以看出，從nox原始排放量來看，最佳的是固態(tài)排渣的切向燃燒鍋爐，這類鍋爐也是煤粉爐中應(yīng)用最廣的一種爐型。 在圖3-6中同時(shí)還給出了為了滿足環(huán)保要求，不同爐型的 nox排放控制要求的簡單線算方法，因此通過這張圖就可 以初步判斷用什么方法

10、可以達(dá)到排放的要求。二、燃煤鍋爐的低 nox燃燒技術(shù)低nox燃燒技術(shù)就是根據(jù)nox的生成機(jī)理，在煤的燃燒過程中通過改變?nèi)?燒條件、或合理組織燃燒方式等方法來抑制 nox生成的燃燒技術(shù)。正如前文所 述，在燃煤過程中燃料型 nox,尤其是揮發(fā)分nox的生成量占的比例最大，因 此低nox燃燒技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)就是抑制燃料型 nox的生成。根據(jù)燃料型nox的生成機(jī)理，可以將其生成過程歸納為如下競爭反應(yīng)燃料氮一i i十rotno+（r1）i no n2（r2）其中i代表含氮的中間產(chǎn)物（n、cn、hcn和nhi）, ro代表含氧原子的 化學(xué)組分（oh, o,。2）。反應(yīng)r1是指含氮的中間產(chǎn)物被氧化生成 no

11、x的過程， 反應(yīng)r2指生成的nox被含氮中間產(chǎn)物還原成 n2的反應(yīng)。因此抑制燃料型nox 的生成，就是如何設(shè)計(jì)出使還原反應(yīng) r2顯著的優(yōu)先于氧化反應(yīng)r1的條件和氣 氛。除此之外，抑制熱力型 nox的生成也能在一定程度上減小 nox的排放量， 只是效果很小。一般來講抑制熱力型 nox的主要原則是： 降低過量空氣系數(shù)和氧氣的濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒； 降低燃燒溫度并控制燃燒區(qū)的溫度分布，防止出現(xiàn)局部高溫區(qū)； 縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間。顯然，以上原則多數(shù)與煤粉爐降低飛灰含碳量、提高燃盡率的原則相矛盾， 因此在設(shè)計(jì)開發(fā)低nox燃燒技術(shù)時(shí)必須全面考慮。目前常見的低nox燃燒技術(shù)主要有：低nox燃

12、燒器技術(shù)、空氣分級燃燒技 術(shù)、燃料分級燃燒技術(shù)（又稱再燃技術(shù)）和煙氣再循環(huán)技術(shù) 。各項(xiàng)技術(shù)的利用方式也不同，在燃煤鍋爐中的布置位置也不同，如圖3-7所示。3-7燃煤鍋爐的低no.燃燒控制系統(tǒng)1、煙氣再循環(huán)技術(shù)煙氣再循環(huán)法是指將一部分燃燒后的煙氣再返回燃燒區(qū)循環(huán)使用的方法。由于這部分煙氣的溫度較低（140180c）、含氧量也較低（8%左右），因此可以 同時(shí)降低爐內(nèi)的燃燒區(qū)溫度和氧氣濃度，從而有效地抑制了熱力型nox的生成。循環(huán)煙氣可以直接噴入爐內(nèi)，或用來輸送二次燃料，或與空氣混合后摻混到燃燒 空氣中，工業(yè)實(shí)際中最后一種方法效果最好，應(yīng)用也最多，如圖3-8所示?？諝忸A(yù)熱器一去引風(fēng)機(jī)送風(fēng)機(jī)e圖3-8

13、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)示意圖用于再循環(huán)的煙氣量與不采用再循環(huán)時(shí)的總煙氣量的比值稱為再循環(huán)率，再循環(huán)率與nox排放量的關(guān)系如圖3-9。但是，再循環(huán)率的提高是有限度的，循環(huán) 煙量的增加，入口處速度增大，會(huì)使燃燒趨于不穩(wěn)定，發(fā)生脫火現(xiàn)象同時(shí)增加了 未完全燃燒的熱損失；一股再循環(huán)率控制在15%20%,此時(shí)nox排放可以降低 25%左右。另外該法需要添加配套設(shè)備如風(fēng)機(jī)、風(fēng)道等，使系統(tǒng)變得復(fù)雜并增加 了投資，對于舊機(jī)組改造時(shí)往往受到場地的限制(趣發(fā)證yon0.11i|010203040再循環(huán)率/%圖3-9煙氣再循環(huán)率與no.排放量的關(guān)系由于熱力型nox在燃煤鍋爐中生成比例較小，所以該方法對降低總nox排放的效果也

14、相對較小。另外必須注意的是，采用煙氣再循環(huán)技術(shù)雖然降低了燃燒 溫度和氧氣濃度，但也從而造成未燃炭的增加 。2、空氣分級燃燒技術(shù)空氣分級燃燒技術(shù)是目前最為普遍的低 nox燃燒技術(shù)，它是通過調(diào)整燃燒器 及其附近的區(qū)域或是整個(gè)爐膛區(qū)域內(nèi)空氣和燃料的混合狀態(tài)， 在保證總體過量空 氣系數(shù)不變的基礎(chǔ)上，使燃料經(jīng)歷 富燃料燃燒”和富氧燃盡”兩個(gè)階段，以實(shí)現(xiàn) 總體nox排放量大幅下降的燃燒控制技術(shù)?？諝夥旨壢紵阅軓目傮w上減少 nox排放的基本原理是：在富燃料燃燒 階段，由于氧氣濃度較低，燃料的燃燒速度和溫度都比正常過氧燃燒要低， 從而 抑制了熱力型nox的生成，同是由于不能完全燃燒，部分中間產(chǎn)物如 hc

15、n和 nh3會(huì)將部分已生成的nox還原成n2,從而使燃料型nox的排放也有所減少。然后在富氧燃燒階段，燃料燃盡，但由于此區(qū)域的溫度已經(jīng)降低， 新生成的nox量十分有限，因此總體上nox 的排放量明顯減少。在空氣分級燃燒技術(shù)中，合理的分配兩級燃燒的過量空氣系數(shù)是影響 nox排放控制效果的關(guān)鍵因素。 經(jīng)驗(yàn)表明：富燃料區(qū)的過量空氣系數(shù)如果太低， 煤粉不易點(diǎn)燃而且燃燒不穩(wěn)定；如果太高，則nox的生成量也會(huì)上升，一般取0.8左右。 根據(jù)分級燃燒實(shí)現(xiàn)的區(qū)域和方式， 可大致 分為 通過燃燒器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空氣分級、通過加裝一次風(fēng)穩(wěn)燃體實(shí)現(xiàn)空氣分級和 通過爐膛布風(fēng)實(shí)現(xiàn)空氣分級 三類。 通過燃燒器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)空氣分級 。

16、對煤粉爐來講，燃燒器是燃燒系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備， 它的結(jié)構(gòu)和布置直接決定了燃料和空氣的混合情況， 從而影響到燃料的著火及燃燒過程。 不管是何種燃燒器， 空氣的送入通常都已經(jīng)分了一次風(fēng)、二次風(fēng)和三次風(fēng)等，這為進(jìn)一步的分級燃燒降低nox 的形成創(chuàng)造了良好的條件。因此可以通過燃燒器設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)空氣分級燃燒， 彩圖 2 是正在安裝中的低氮氧化物燃燒器。在所利用不同方法實(shí)現(xiàn)降低nox 排放的燃燒器，即低nox 燃燒器（ lnb ）中，空氣分級方式是最為常見的。對于直流燃燒器和旋流燃燒器，其組織煤粉燃燒的方式不同，一般直流燃燒器采用四角切圓布置， 通過整體火焰發(fā)生旋轉(zhuǎn)來強(qiáng)化煤粉和空氣的混合； 而旋流則采用墻

17、式燃燒， 通?？慷物L(fēng)的旋轉(zhuǎn)來使氣流強(qiáng)烈混合。 由此采用兩類燃燒器產(chǎn)生生的混合和燃燒情況是不相同的，所以采用的空氣分級方式也不一樣。(a)同向反向3-10同軸燃燒技術(shù)一次風(fēng).二次風(fēng)射流方向示意如圖3-10所示，同軸燃燒技術(shù)又有兩種形式：一種是使同軸的兩個(gè)切圓旋轉(zhuǎn)方向同向；另一個(gè)則是反向。一般同向時(shí)會(huì)加劇爐內(nèi)整體旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量，引起爐膛出口煙氣與空氣的混合。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常在爐內(nèi)的不同高度分別布置反向 和正向切圓，既可以使混合程度加強(qiáng)，也可以互相產(chǎn)生抵消降低爐內(nèi)整體的旋轉(zhuǎn) 。如圖3-11為某燃燒煙煤的300mw鍋爐同軸燃燒系統(tǒng)中一次風(fēng)、二次風(fēng)的布 置，其各層的二次均采用反向的方式。00ao歷圖軍1

18、1同軸燃燒系統(tǒng)一次風(fēng).二次風(fēng)布置示意頂部風(fēng)(ofa) 消旋二次風(fēng)一次風(fēng)反切二次風(fēng)一次風(fēng)反切二次風(fēng)一次風(fēng)反切二次風(fēng)一次風(fēng)反切二次風(fēng)一次風(fēng)直吹二次風(fēng)b.直流燃燒器濃淡燃料燃燒技術(shù)。燃料濃淡燃燒的基本原理是在燃燒器噴 口前，經(jīng)過慣性分離等方法使一次煤粉氣流分離成煤粉濃度不同的兩股煤粉氣流，一股煤粉氣流實(shí)現(xiàn)富燃料燃燒，具火焰穩(wěn)定，有利于著火過程，同時(shí)由于其相對含氧量低，可有效控制燃料型 nox的形成；另一股煤粉氣流進(jìn)行貧燃料燃 燒，燃燒溫度較低，可使熱反應(yīng)型 nox生成量減少，然后再混合完成整個(gè)燃燒 過程。通常燃料可以在水平或是垂直方向上實(shí)現(xiàn)濃淡分離 。水平濃淡燃燒方式見圖3-12。將濃相煤粉氣流噴向

19、向火側(cè)，稀相煤粉氣流噴 向背火側(cè)，形成內(nèi)濃外稀兩層切圓的分級燃燒方式。濃相一次風(fēng)稀相一次風(fēng)3-12水平濃淡燃燒方式示意垂直濃淡燃燒方式是將一次煤粉氣流分離成兩股后，將原來的一個(gè)一次風(fēng)噴 口分成垂直方向分開有一定距離的上下兩個(gè)噴口，從而形成上下濃淡的燃燒方式。圖3-13所示為日本三菱公司的pm型低nox燃燒器，這是一種典型的垂直 濃淡燃燒技術(shù)。一次風(fēng)和煤粉混合氣流在進(jìn)入燃燒器前，先經(jīng)過一個(gè)彎頭進(jìn)行慣 性分離，因煤粉的密度大于氣體而因慣性分離成濃煤粉氣流進(jìn)入上面的燃料相對 富的噴口，而相對煤粉濃度較低的煤粉氣流進(jìn)入下面的貧燃料噴口，從而實(shí)現(xiàn)了 上下垂直濃淡燃燒。實(shí)驗(yàn)表明這種濃淡燃燒方式可以降低 n

20、ox的排放30%左右側(cè)面圖（斷面圖）分離器背面圖圖3-13 pm型低no,燃燒器c.旋流燃燒器空氣分級技術(shù)。旋流燃燒器是更為廣泛應(yīng)用于燃煤鍋爐的燃燒 器形式，它一般采用墻式燃燒。傳統(tǒng)的旋流燃燒器的特點(diǎn)是一次風(fēng)煤粉氣流以直 流或旋流的方式進(jìn)入爐膛，二次風(fēng)從煤粉氣流的外側(cè)轉(zhuǎn)進(jìn)入爐膛。射流的強(qiáng)烈旋 轉(zhuǎn)使兩股氣流進(jìn)入爐膛后立即強(qiáng)烈混合， 卷吸大量易著火的高溫?zé)煔?，在著火?形成氧氣過量的燃燒區(qū)域，而且火焰短，放熱集中，易出現(xiàn)局部的火焰峰值區(qū)，所以傳統(tǒng)的旋流燃燒器比四角直流燃燒的 nox排放量高的多。因此為了降低其 nox的排放量，關(guān)鍵是需要盡可能延長煤粉燃燒時(shí)與二次風(fēng)混合的時(shí)間，避免形成高溫富氧的環(huán)境

21、。圖3-14為低nox旋流燃燒器的基本設(shè)計(jì)原理，煤粉和一次風(fēng)在燃燒器噴嘴 處附近形成高溫氣氛區(qū)i、在區(qū)域i內(nèi)，煤粉迅速燃燒，并發(fā)生熱分解過程 釋放出氮?dú)?。在區(qū)域n ,外部葉輪強(qiáng)力的空氣旋轉(zhuǎn)力形成內(nèi)部高循環(huán)區(qū)域， 大量 的nox在這個(gè)區(qū)域形成。在區(qū)域 田，由內(nèi)部葉輪產(chǎn)生的高溫空氣促進(jìn)了揮發(fā)分 燃燒，確?；鹧娴姆€(wěn)定性，同時(shí)造成內(nèi)部環(huán)境的高溫化。而在 區(qū)域iv,通過外側(cè)葉輪進(jìn)入的空氣在局部范圍形成了燃料過剩區(qū)，從而迫使釋放出來的燃料氮向n2還原。提高燃料的溫度可以使煤炭中揮發(fā)性氣體的發(fā)生量增加，同時(shí)煤炭中 揮發(fā)性氮化合物的釋放量也增加，這些化合物在還原性氣氛下均可被還原為 n2因此高溫下燃料過剩區(qū)的

22、形成起著極為關(guān)鍵的作用。3-14低no,旋流燃燒器基本設(shè)計(jì)原理低nox旋流燃燒器目前應(yīng)用較廣，表3-1是幾種常見的低nox旋流燃燒器的制造商及其主要特點(diǎn)。圖3-15、圖3-16分別是drb型和nr型典型的結(jié)構(gòu)圖。表3-1幾種常見的低no,旋流燃燒器及其主要特點(diǎn)組號制造商主要特點(diǎn)sm型德國 steinmullcr一次風(fēng)和煤聚）小旋轉(zhuǎn)+次k通過軸向片形成旋漉美國b8lw-吹風(fēng)和媒粕不旋轉(zhuǎn)，一次風(fēng)分為內(nèi)、外兩部分，可分馴胴的，型故又稱雙調(diào)節(jié)式,二次風(fēng)為旋流ht-nr 型日本 babcock hitachi在drb堀聯(lián)礎(chǔ)卜安有南密火焰穩(wěn)定環(huán),可在噴口形成回流區(qū)cfsf 型美國fw揩一次風(fēng)煤用氣流分為四

23、股，盡可能減少燥粉和空氣的早期混 合，內(nèi)外二次風(fēng)也可蠲節(jié)ws鬼:德國 babcock其外二次風(fēng)不旋轉(zhuǎn)t推遲它與富燃料火焰的混合ds型德國 babcock在ws型的.基礎(chǔ)上.使一次風(fēng)和娓徜旋轉(zhuǎn)一次風(fēng)土煤粉華卻網(wǎng)外二次風(fēng)圖3t5 drb型雙調(diào)節(jié)式旋流煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)圖 3-16通過加裝一次風(fēng)穩(wěn)燃體實(shí)現(xiàn)空氣分級燃燒。在燃燒器噴口處增設(shè)不同形狀的穩(wěn)燃體不僅可以起到穩(wěn)定燃燒和強(qiáng)化著火的作用，同時(shí)可以改變噴口區(qū)域空氣與煤粉的混合和流動(dòng)狀態(tài)，使之在某些區(qū)域首先發(fā)生富燃料反應(yīng)， 因此也是一種簡單的分級燃燒方式。其中比較典型的有清華大學(xué)開發(fā)的火焰穩(wěn)定船低noxnox生成的效果燃燒技術(shù)。該技術(shù)在直流燃燒器噴口附近增

24、設(shè)了一個(gè)類似于船體的穩(wěn)燃體， 由于 它是研究直流燃燒器在低負(fù)荷下燃燒低質(zhì)煤穩(wěn)燃問題時(shí)的成果， 因此稱之為船形 穩(wěn)定器。但在研究中發(fā)現(xiàn)它除了能夠穩(wěn)燃以外，還具有降低圖17船體燃燒器附近區(qū)域溫度和激度分布朝高煤粉濃度區(qū)如圖3-17所示是該技術(shù)在燃燒大同煙煤時(shí)實(shí)測的溫度分布，以及通過數(shù)值 計(jì)算得到的煤粉高濃度區(qū)?？梢钥吹接捎跉饬靼l(fā)生彎曲，部分慣性較大的煤粉發(fā)生分離并形成富燃料區(qū)，這里的溫度在 9001000c,既能保證煤的燃燒，還能 有效地控制nox的生成。隨著燃燒的進(jìn)行煤粉同是向前運(yùn)動(dòng)，與外部的空氣混 合并完全燃燒。這正符合空氣分級的原理。圖3-18所示為在有船體和無船體兩種情況下，nox排放濃度

25、的測量結(jié)果，可以看出整體上增加了船體后 nox排放降 低了 40%左右600inniiii %.8l0 1.2 l4 1.6過量空氣系數(shù)。圖$相 有無船體nd排放的測量結(jié)果有船體；。無船體1998年年底北京市實(shí)行嚴(yán)格的控制大氣污染的 28條措施，其中之一就是在電站鍋爐上采用這種燃燒器，應(yīng)用表明，該技術(shù)降低nox的排放可達(dá)35%以上。通過爐膛布風(fēng)實(shí)現(xiàn)空氣分級燃燒。僅通過燃燒器周圍進(jìn)行分級燃燒，燃 料在富燃料區(qū)停留時(shí)間往往不夠，nox的還原還未達(dá)到平衡，而且富氧區(qū)的溫度 較高，燃料燃燒會(huì)有新的nox生成，因此nox的最終排放量下降幅度不是很大。 通過爐膛布風(fēng)空氣分級燃燒將范圍擴(kuò)大到接近整個(gè)爐膛，可

26、以合理地控制燃料在 富燃料區(qū)的停留時(shí)間，并使富氧區(qū)的溫度降得更低。其基本方法是，使燃燒器附近的空氣過量系數(shù)控制在0.8左右，發(fā)生富燃料燃燒。然后在燃燒器上方通入剩余空氣， 在第一段燃燒區(qū)所生成的煙氣混合，在富氧的條件下完成全部燃燒過程。在工業(yè)上第二段通入的空氣又稱火上風(fēng)ofa(over fire air)。其示意圖3-19中sofa即采用爐膛布風(fēng)時(shí)的火上風(fēng)。由于燃燒器附近均為還原性氣氛，灰熔點(diǎn)比氧化氣氛中降低100120c ,容 易引起結(jié)渣和水冷壁高溫腐蝕，因此盡可能防止高溫還原性氣流和爐墻接觸，工 業(yè)上常采用的方法是通邊界風(fēng) boundary air”，在爐底或側(cè)墻上布置風(fēng)口，讓空氣 沿爐墻

27、上開，保持水冷壁表面的氧化性氣氛防止結(jié)渣和水冷壁的高溫腐蝕。在同等條件下，僅采用這種方式進(jìn)行分級燃燒，也可以減少 20%30%的 nox排放量，在實(shí)際工程中，往往將它與低 nox燃燒器同時(shí)應(yīng)用，以提高降低 nox排放的效果。這類方法對于直流四角燃燒鍋爐和旋流燃燒鍋爐均可采用。3、燃料分級燃燒技術(shù)在空氣分級燃燒技術(shù)中，煤粉先進(jìn)行的是富燃料燃燒，不利于點(diǎn)燃和穩(wěn)定燃燒，為此燃料再燃燒技術(shù)采用的是另一個(gè)思路，即煤粉先經(jīng)過完全燃燒，生成 nox,然后現(xiàn)利用燃料中的還原性物質(zhì)將其還原，從而減少 nox排放。與空氣分 級燃燒技術(shù)類似，燃料再燃燒技術(shù)有通過燃燒器實(shí)現(xiàn)燃料分級和爐膛內(nèi)燃料再燃 兩類。 通過燃燒器

28、實(shí)現(xiàn)燃料分級。燃料分級燃燒器原理就是在燃燒器內(nèi)將燃料分級供入，使一次風(fēng)和煤粉入口的著火區(qū)在富氧條件下燃燒，提高了著火的穩(wěn)定性，然后再與上方噴口進(jìn)入的再燃燃料混合， 進(jìn)行再燃。此類燃燒器中最具代表 性的是彳惠國steinmuller公司msm低nox燃燒器，由于應(yīng)用并不廣，這里不詳 細(xì)介紹。 爐膛內(nèi)燃料再燃。如圖3-20,燃料再燃法將整個(gè)爐膛分成了主燃區(qū)、再 燃區(qū)和燃盡區(qū)三個(gè)部分。在主燃區(qū)，約80%的燃料在富氧條件下點(diǎn)燃并完全燃燒， 此處的過量空氣系數(shù)保持大于1,生成一定nox；其余的燃料在再燃區(qū)送入，與 主燃區(qū)生成煙氣及未燃盡煤?；旌?， 形成還原性氣氛，此處的總的過量空氣系數(shù) 小于1。燃料中的

29、c、co、姓以及部分還原性氮，將 nox還原成分子氮，如2no 2c n2 2co22no 2co n2 2co22no 2cnhm (2n m -1)o2 n2 2nco2 mh2o2n2,noino_*風(fēng)no,co 出 00*0力灰圖2。爐腱內(nèi)燃料再燃技術(shù)示意最后在再燃區(qū)的上方通入過量空氣(火上風(fēng))，使總的過量空氣系數(shù)大于1, 使未燃燒的燃料完全燃燒，因此稱為燃盡區(qū)。但由于此時(shí)的溫度已經(jīng)降低， nox 生成量并不大。燃料再燃燒法的再燃燃料可以選用煤粉、 天然氣或燃料油等。由 于再燃區(qū)范圍往往較窄，燃料的停留時(shí)間較短，因此再燃燃料需要容易著火，如果選用煤粉，通常采用高揮發(fā)分的煤種，且磨制成超細(xì)粉，這往往使工藝復(fù)雜， 成本提高。所以采用天然氣再燃其工藝就比較簡單，同時(shí)天然氣中雜質(zhì)氮很少，本身燃燒不會(huì)增加nox 的生成，是比較有效的二次燃料。三、低 nox 燃燒技術(shù)隨著針對nox 排放的控制標(biāo)