低氮燃燒技術(shù)原理培訓(xùn)課件

精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔京能集團(tuán)運(yùn)行人員培訓(xùn)教程BEIHPlantCourse低氮燃燒技術(shù)原理lowNOXcombustiontechnologyMAJTDNO.100.2目錄1低氮燃燒技術(shù) 11.1NOX產(chǎn)生機(jī)理和抑制方法 11.2影響NOX生成量的因素 62.低氮燃燒技術(shù) 132.1基本原理 133.空氣分級(jí)低NOX燃燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析 143.1 空氣分級(jí)燃燒的基本原理 153.2 空氣分級(jí)燃燒的主要形式 153.3 軸向空氣分級(jí)燃燒的影響因素 163.4 徑向空氣分級(jí)燃燒的影響因素 163.5 燃盡風(fēng)的種類 163.6 燃盡風(fēng)布置方式的選擇 223.7 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景 234.燃料分級(jí)燃燒 244.1 燃料再燃的原理 244.2 再燃燃料的選擇 254.3 再燃燃料的選取 254.4 影響再燃效果的主要因素 274.5 燃料再燃技術(shù)的發(fā)展前景 275.煙氣再循環(huán)低NOX燃燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析 275.1 煙氣再循環(huán)機(jī)理 285.2 煙氣再循環(huán)率的選擇 285.3 利用煙氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn)HTAC 296.低NOX燃燒器技術(shù)原理及型式 296.1 低NOX燃燒器的原理 296.2 直流煤粉燃燒器 306.3 旋流煤粉燃燒器 326.4 雙調(diào)風(fēng)燃燒器 337.低NOX燃燒器的發(fā)展前景 398題庫(kù) 411低氮燃燒技術(shù)1.1NOX產(chǎn)生機(jī)理和抑制方法鍋爐燃燒過程中成成的氮氧化物（主要是NO和NO2）嚴(yán)重地污染了環(huán)境。因此，抑制NOX的生成已成為大容量鍋爐的燃燒器設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)必須考慮的主要問題之一。鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的NOX一般可分為三大類：即熱力型NOX(ThermaolNOX)、燃料型NOX（FeulNOX）、和快速型NOX（PromptNOX）。上述3種氮氧化物的組成隨燃料含氮量不同有差別。對(duì)于燃煤，通常燃料型NOX占70％～85％，熱力型NOX占15％～25％，其余為少量的快速型NOX。圖1-1不同類型NOX生成量與爐膛溫度的關(guān)系1.1.1熱力型：熱力型NOX是高溫下空氣中氮?dú)庋趸?，其生成機(jī)理是由原蘇聯(lián)科學(xué)家捷里道維奇提出來的。溫度對(duì)熱力型NOX的影響十分非常明顯，熱力型NOX又稱為溫度型NOX。當(dāng)燃燒溫度低于1800K時(shí)，熱力NOX生成極少；當(dāng)溫度高于1800K時(shí)，反應(yīng)逐漸明顯，且隨溫度的升高，NOX生成量急劇升高?？刂茻崃π蚇OX的關(guān)鍵在于降低燃燒溫度水平，避免局部高溫。產(chǎn)生機(jī)理：化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)物、生成物活化能的影響：按澤爾多維奇機(jī)理，NO生成可用如下一組不分支連鎖反應(yīng)來說明。O2→O+ON2+O→NO+NN+O2→NO+O上述反應(yīng)是一個(gè)連鎖反應(yīng)，決定NO生成速度的是原子N的生成速度，反應(yīng)式N+O2→NO+O相比于式N2+O→NO+N是相當(dāng)迅速的，因而影響NO生成速度的關(guān)鍵反應(yīng)鏈?zhǔn)欠磻?yīng)式N2+O→NO+N，反應(yīng)式N2+O→NO+N是一個(gè)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的活化能由反應(yīng)式反應(yīng)和氧分子離解反應(yīng)的活化能組成，其和為542X103J/mol。分子氮比較穩(wěn)定，只有較大的活化能才能把它氧化成NO，在反應(yīng)中氧原子的作用是活化鏈接的環(huán)節(jié)，它源于O2在高溫條件下的分解。熱力型NOX的生成量伴隨氧氣濃度和溫度的增大而加大。正因?yàn)檠踉雍偷肿臃磻?yīng)的活化能很大，而原子氧和燃料中可燃成份反應(yīng)的活化能又很小，在燃燒火焰中生成的原子氧很容易和燃料中可燃成份反應(yīng)，在火焰中不會(huì)生成大量的NO，NO的生成反應(yīng)基本上在燃料燃燒完了之后才進(jìn)行。熱力型NOX的生成速度要比相應(yīng)的碳等可燃成份燃燒速度慢，主要生成區(qū)域是在火焰的下游位置。反應(yīng)時(shí)間的影響：在鍋爐燃燒水平下，NO生成反應(yīng)還沒有達(dá)到化學(xué)平衡，因而NO的生成量將隨煙氣在高溫區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間增長(zhǎng)而增大。另外，氧氣的濃度直接影響NO的生成量，氧濃度水平越高，NO的生成量就會(huì)越多。當(dāng)溫度高于1500℃時(shí)，NO生成反應(yīng)變得十分明顯，隨著溫度的升高，反應(yīng)速度按阿累尼烏斯定律按指數(shù)規(guī)律迅速增加。通過實(shí)驗(yàn)得到，溫度在1500℃以上附近變化時(shí)，溫度每升高100℃，上述反應(yīng)的速度將增大6-7倍。可見溫度具有決定性影響。因此也就把這種在高溫下空氣中的氮氧化物稱之為溫度型NOX。熱力型NOX的抑制：熱力型NOX的產(chǎn)生源于空氣中的氮?dú)庠?500℃以上的高溫反應(yīng)環(huán)境下氧化，所以，控制熱力型NOX的主要從一下幾方面入手：降低燃燒反應(yīng)是的溫度，避開其反應(yīng)所需要的高溫環(huán)境；使氧氣濃度處于較低的水平；減少空氣中的氮?dú)鉂舛?；縮短熱力型NOX生成區(qū)的停留時(shí)間。一般來說，工業(yè)燃燒過程中以空氣為氧化劑時(shí)控制N2的濃度不容易實(shí)現(xiàn)，而富氧燃燒或純氧燃燒技術(shù)就是以減少N2從而減少熱力型NOX的一種方法。降低燃燒溫度在工程實(shí)踐中是通過向火焰面噴射水/水蒸氣來實(shí)現(xiàn)的。降低氧濃度可以通過煙氣循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既可以降低氧濃度，同時(shí)可以降低火焰的溫度。此外分級(jí)燃燒和濃淡燃燒技術(shù)也可以控制熱力型NOX。1.1.2快速型：快速型NOX主要是指燃料中的碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的烴與燃燒空氣中的N2分子發(fā)生反應(yīng)形成的CN、HCN，繼續(xù)氧化而生成氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要產(chǎn)生于碳?xì)浠衔锖枯^高、氧濃度較低的富燃料區(qū)?？焖贉囟刃蚇OX是空氣中的氮分子在著火初始階段，與燃料燃燒的中間產(chǎn)物烴（CHi）等發(fā)生撞擊，生成中間產(chǎn)物HCN和CN等，在經(jīng)氧化最后生成NOX。其轉(zhuǎn)化率取決于過程中空氣過剩條件和溫度水平。產(chǎn)生機(jī)理：快速溫度型NOX的產(chǎn)生是由于氧原子濃度遠(yuǎn)超過氧分子離解的平衡濃度的緣故。測(cè)定發(fā)現(xiàn)氧原子的濃度比平衡時(shí)的濃度高出十倍，并且發(fā)現(xiàn)在火焰內(nèi)部，由于反應(yīng)快，O、OH、H的濃度偏離其平衡濃度，其反應(yīng)如下:H+O2→OH+OO+H2→OH+HOH+H2→H2O+H可見，快速溫度型NOX的生成可以用擴(kuò)大的澤爾多維奇機(jī)理解釋，但不遵守氧分子離析反應(yīng)處于平衡狀態(tài)這一假定。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著燃燒溫度上升，首先出現(xiàn)HCN，在火焰面內(nèi)到達(dá)最高點(diǎn)，在火焰面背后降低下來。在HCN濃度降低的同時(shí)，NO生成量急劇上升。還發(fā)現(xiàn)在HCN濃度經(jīng)最高點(diǎn)轉(zhuǎn)入下降階段時(shí)，有大量的NHi存在，這些胺化合物進(jìn)一步氧化生成NO。其中HCN是重要的中間產(chǎn)物，90%的快速溫度型NOX是經(jīng)HCN而產(chǎn)生的。快速溫度型NOX的生成量受溫度的影響不大，而與壓力的0.5次方成正比。在煤粉爐中，其生成量很小，一般在5%以下。正常情況下，對(duì)不含氮元素的碳?xì)淙剂系妮^低溫度的燃燒反應(yīng)中，才著重考慮快速型NOX?？焖傩蚇OX的抑制原理快速型NOX的特征是溫度依賴性低，生成速度快。根據(jù)快速型NOX的生成機(jī)理考慮，它是由N2分子和CHI自由基反應(yīng)生成的HCN，HCN又被數(shù)個(gè)基元反應(yīng)氧化而成的。所以快速型NOX的控制主要從兩個(gè)方面來入手考慮:抑制N2分子和CHI自由基的反應(yīng)以及HCN的多個(gè)基元反應(yīng)。1.1.3燃料型：燃料型NOX是燃料中氮化合物在燃燒過程中熱分解且氧化而生成的，是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生氮氧化物的主要途徑，其生成量主要與氧濃度（化學(xué)當(dāng)量比）有關(guān)。燃料型NOX包括揮發(fā)分中均相生成的NOX和由殘焦中異相生成的NOX兩部分。揮發(fā)分中的氮主要以HCN和NHi的形式析出，隨后氧化生成NOX。焦炭中氮可以通過異相反應(yīng)氧化生成NOX。其中由揮發(fā)分燃料氮轉(zhuǎn)化而成的燃料型NOX（簡(jiǎn)稱揮發(fā)分燃料型NOX）約占60％～80％，由焦炭燃料氮轉(zhuǎn)化而成的NOX（簡(jiǎn)稱焦炭燃料型NOX）約占20％～40％。燃料中氮的化合物中氮是以原子狀態(tài)與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合的，與空氣中氮相比，其結(jié)合鍵能量較小，因而這些有機(jī)化合物中的原子氮較容易分解出來，氮原子的生成量大大增加，液體與固體燃料燃燒時(shí)，由于氮的有機(jī)化合物放出大量的氮原子，因此無論是揮發(fā)燃燒中還是焦炭燃燒階段都生成大量的NO。就煤而言，燃料氮向NOX轉(zhuǎn)化過程大致有三個(gè)階段:首先是有機(jī)氮化合物隨揮發(fā)分析出一部分，其次是揮發(fā)分中氮化合物燃燒，最后是炭骸中有機(jī)氮燃燒。產(chǎn)生機(jī)理：燃料燃燒時(shí)，燃料氮幾乎全部迅速分解生成中間產(chǎn)物I，如果有含氧化合物R存在時(shí)，則這些中間產(chǎn)物I(指N，CN，HCN和NHi等化合物)與R(指O，O2和OH等)反應(yīng)生成NO，同時(shí)I還可以與NO發(fā)生反應(yīng)生成N2:燃料(N)→II+R→NO+……I+NO→N2……燃煤中的氮分為揮發(fā)性氮和焦炭氮，其中揮發(fā)性氮被釋放后含有一定量的NH3，并按下式進(jìn)行反應(yīng):NH3+02→NO+……焦炭N+O2→NO+……燃煤中的氮生成NOX主要取決于煤中的含氮量，顯然煤中的含氮量越高，生成的NOX越多。當(dāng)鍋爐內(nèi)生成NOX時(shí)，還存在一系列氧化還原反應(yīng)。燃料氮的轉(zhuǎn)化率主要受溫度、過量空氣系數(shù)(富裕氧濃度)和燃料含氮量的影響，一般在10%~45%范圍內(nèi)。隨著氮的轉(zhuǎn)化率(主要受溫度影響)升高，燃料氮轉(zhuǎn)化率不斷提高，但這主要發(fā)生在700℃~800℃溫度區(qū)間內(nèi)。因?yàn)槿剂螻O既可通過均相反應(yīng)又可通過多相反應(yīng)生成，燃燒溫度很低時(shí)，絕大部分氮留在焦炭?jī)?nèi)；而溫度很高時(shí)，70%-90%的氮以揮發(fā)分形式析出。浙江大學(xué)研究表明，850℃時(shí)，70%的NO來自焦炭燃燒；1150℃時(shí)，這一比例降至50%。由于多相反應(yīng)的限速機(jī)理，在高溫時(shí)可能向擴(kuò)散控制方向轉(zhuǎn)變，故溫度超過900℃以后，燃料氮轉(zhuǎn)化率只有少量升高。其主要的生成階段是燃燒起始時(shí)候，在煤粉爐占NOX生成總量的約60%一80%左右，目前對(duì)燃料型NOX的研究仍在繼續(xù)深入。燃煤中氮元素的含量一般約為0.5%~2.5%，以N原子狀態(tài)與煤中的碳?xì)浠衔锵嗑o密結(jié)合，以鏈狀或環(huán)狀形式存在，主要是以N-C和N-H鍵的形式存在，N-C和N-H鍵要比分子氮的N-N鍵能小的多，更容易被氧化斷裂生成NOX，從這個(gè)反應(yīng)的機(jī)理可以看出燃料型NOX要比熱力型NOX更容易產(chǎn)生。由于這種氮氧化物是燃料中的氮化合物經(jīng)過熱分解和氧化產(chǎn)生的，故稱之為燃料型NOX。而焦炭氮煤在通常的燃燒溫度下以產(chǎn)生燃料型和熱力型NOX為主，對(duì)不含氮的碳型燃料，只在較低溫度燃燒時(shí)，才需要重點(diǎn)考慮快速型NOX，而當(dāng)溫度超過1000℃時(shí)，則主要生成熱力型NOX。可見，降低燃燒溫度可有效減少NO的生成，但當(dāng)溫度降低到900℃以下時(shí)，燃料N向N2O的轉(zhuǎn)化率將提高。因此，僅通過降低燃燒溫度來控制NOX的排放是不夠的，需要兼顧各方面因素。燃料NOX的抑制：經(jīng)理論和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，煤粉中氮轉(zhuǎn)化成NOX的量主要取決于爐內(nèi)過量空氣系數(shù)的高低，當(dāng)煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒時(shí)，揮發(fā)出來的N和C，H競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中不足的氧氣。但是由于氮競(jìng)爭(zhēng)能力相對(duì)較弱，這就減少了NOX的形成；氮雖競(jìng)爭(zhēng)氧能力較差，但是卻可以之間相互作用而生成無害的氮?dú)夥肿?。由以上結(jié)論可以看出，在富燃料條件下降低爐內(nèi)的過量空氣系數(shù)能在很大程度上抑制燃料型NOX的生成。同時(shí)，燃料中的含氮量也是影響燃料型NOX生成的一個(gè)重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，含氮量越高的燃料生成NOX的轉(zhuǎn)化率越低。但是由于基數(shù)相對(duì)較大，實(shí)際燃燒過程中高含氮量燃料最終所產(chǎn)生的燃料型NOX要遠(yuǎn)大于含氮量低的燃料。研究表明燃料中的氮是在較低溫度下就開始分解，故溫度對(duì)燃料型NOX的生成影響不是很大。綜上所述，降低燃料型NOX的主要因素是減少反應(yīng)環(huán)境中的氧氣濃度，使煤粉在a<1環(huán)境中進(jìn)行燃燒反應(yīng)；在擴(kuò)散燃燒時(shí)候推遲空氣和燃料的混合；在允許條件下應(yīng)當(dāng)燃用含氮量低的燃煤。燃燒過程中最終生成的NO濃度和燃料中氮全部轉(zhuǎn)化成NO時(shí)的濃度比為燃料型NOX的轉(zhuǎn)化率CR＝【最終生成的NO濃度】÷【燃料全部轉(zhuǎn)化成NO的濃度】試驗(yàn)研究表明，影響CR的主要因素是煤種特性以及爐內(nèi)的燃燒條件。用揮發(fā)分化學(xué)當(dāng)量比（SRVStoichiometricRatioofVolatile）來表征揮發(fā)分燃燒過程中的氣氛。對(duì)揮發(fā)份析出時(shí)刻進(jìn)行氣氛的有效控制，可以有效抑制NOX的生成，這一結(jié)論從微觀角度驗(yàn)證了空氣分級(jí)技術(shù)對(duì)NOX深層控制的可行性。1.2影響NOX生成量的因素1.2.1煤質(zhì)條件煤是一種含有大量C，H，O和少量S，N等有機(jī)物和部分無機(jī)物的沉積巖。煤里面的N原子一般是以鏈狀或者環(huán)狀兩種形態(tài)存在于物質(zhì)當(dāng)中，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，如果N以環(huán)狀形態(tài)存在于物質(zhì)中，通過燃燒一般不會(huì)轉(zhuǎn)化成為氮氧化物，所以對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較少，但是如果以鏈狀的形態(tài)存在于物質(zhì)中，經(jīng)過劇烈的燃燒化學(xué)反應(yīng)多數(shù)被氧化成氮氧化物，造成大氣污染。然而煤中的N元素的主要存在形式為鏈狀，所以煤燃燒過程就伴隨大量的氮氧化物的產(chǎn)生。煤質(zhì)氮含量：常規(guī)燃料中，除天然氣基本上不含氮化物外，其他燃料或多或少地含有氮化物，其中石油的平均含氮量為0.65%左右，煤的含氮量一般在0.5%～2.5%左右。通常，燃料中大約20%～80%的N轉(zhuǎn)化為NOX，其中NO又占90%～95%。當(dāng)燃料中的N含量超過0.1%時(shí)，燃料型NOX排放將是最主要的。燃料的N含量增加時(shí)，雖然生成的燃料型NOX量增加，但NOX的轉(zhuǎn)化率卻減少；煤的燃料比FC/V越高，NOX的轉(zhuǎn)化率越低。揮發(fā)分含量我國(guó)發(fā)電用煤中N和揮發(fā)分含量：對(duì)于所考察數(shù)據(jù)庫(kù)中的煤種，隨干燥無灰基揮發(fā)分含量(Vdaf)的增加，收到基N含量(Nar)呈逐漸降低的趨勢(shì)，只有少數(shù)揮發(fā)分很高的褐煤稍偏離這一趨勢(shì)。鍋爐燃用煤種主要是貧煤和煙煤，但揮發(fā)分含量在20％～30％之間的較少，因?yàn)檫@一范圍的煙煤主要是煉焦煤．不用作鍋爐燃料對(duì)于所統(tǒng)計(jì)的鍋爐和煤種。燃煤高揮發(fā)分含量煤的鍋爐NO排放量一般較低。相比起來，燃用貧煤比燃用煙煤的鍋爐NO排放質(zhì)量濃度高得多，如圖1-2、圖1-3。圖1-2無煙煤揮發(fā)份氮ηv與α關(guān)系圖1-3煙煤揮發(fā)份氮ηv與α關(guān)系國(guó)內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果和實(shí)際鍋爐現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)表明，煤的揮發(fā)分含量是影響鍋爐NOX生成和排放量的主要因素之一，這是因?yàn)槊褐袚]發(fā)分的釋放和燃燒相當(dāng)程度上決定了煤粉火焰特別是燃燒初期高溫區(qū)的溫度及其分布，因此．在燃燒空氣充分的條件下．高揮發(fā)分煤燃燒的火焰溫度高，這種情況下燃燒生成的NOX質(zhì)量濃度隨煤的揮發(fā)分的增加而增加，但另一方面．揮發(fā)分的釋放和快速燃燒可迅速、大量消耗O，導(dǎo)致燃燒初期火焰區(qū)貧氧甚至出現(xiàn)還原氣氛區(qū)。從而抑制揮發(fā)分氮向NOX的轉(zhuǎn)化和燃料NOX的生成，這是低NOX煤粉燃燒器控制NOX生成的主要依據(jù)之一。此時(shí)，煤中揮發(fā)分含量增加，隨熱解析出到火焰中的氮一般較多且較多地被還原。因而鍋爐生成的NOX隨煤中揮發(fā)分含量的增加而降低。1.2.2鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行條件低NOX燃燒系統(tǒng)的影響通過低NOX燃燒器對(duì)煤粉的燃燒組織，促進(jìn)揮發(fā)分析及揮發(fā)分氮的大量析出，通過主燃燒區(qū)低過量空氣系數(shù)抑制揮發(fā)分氮向NO的轉(zhuǎn)化，而爐內(nèi)深度空氣分級(jí)的采用則促進(jìn)NOX的還原，高揮發(fā)分煤因相對(duì)N含量低且燃料N的轉(zhuǎn)換可得到有效抑制，因此這種控制方式對(duì)高揮發(fā)分煤NOX排放控制更為有效。焦氮含量隨溫度變化趨勢(shì)，如圖1-4圖1-4煤粉細(xì)粒對(duì)燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N比例的影響，如圖1-5圖1-5機(jī)組負(fù)荷對(duì)氮氧化物排放影響機(jī)組負(fù)荷的高低直接影響了爐膛溫度的高低，而溫度對(duì)熱力型和快速型氮氧化物的影響很大，從而對(duì)氮氧化物的排放產(chǎn)生影響，因此不同負(fù)荷下氮氧化物的排放也有不同。如圖1-6，說明降低爐膛溫度也是降低氮氧化物的一個(gè)重要思路，但是鍋爐運(yùn)行爐內(nèi)溫度不宜過度的降低(尤其是鍋爐燃用劣質(zhì)煤)會(huì)導(dǎo)致鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃性能降低、燃燒效率降低，甚至有熄火的危險(xiǎn)。圖1-6爐膛氧量對(duì)氮氧化物排放影響對(duì)神華煤燃燒過程中試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)SRV值小于1.1時(shí)，NO析出量很小，當(dāng)SRV大于1.11時(shí)，揮發(fā)份燃燒后O2開始有部分剩余，造成HCN，NH3等前驅(qū)物的大量氧化，引起NO的快速增加。在SRV＝1.58之后，可以明顯觀察到焦炭的燃燒，并且隨著O2量的增加，加速了O2從周圍空間向焦炭表面的擴(kuò)散，焦炭的非均相氧化，焦炭NOX也會(huì)迅速增加。在SRV增大到2.38時(shí)達(dá)到最大值，隨后隨SRV增大開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。適當(dāng)?shù)母邷赜欣谠缙趽]發(fā)份的快速析出，降低整體NOX析出比例，如圖1-7圖1-7NOX排放量與一次風(fēng)的關(guān)系傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)一次風(fēng)配比方式，見表1-1煤種干燥無灰基揮發(fā)分含量Vdaf/%一次風(fēng)率直流燃燒器旋流燃燒器SRV無煙煤2～80.15～0.22.5～7.5貧煤8～190.15～0.21.06～1.875煙煤20～300.25～0.31.0～1.2530～40≈0.30.3～0.4≈1.0褐煤40～50—0.35～0.40.8～0.875推薦值SRV＜1.0表1-1圖圖1-8化氮排放量與一次風(fēng)率的關(guān)系圖1-9圖1-10從圖1-10氧量變化對(duì)NOX排放影響顯著，在300MW工況下，配風(fēng)方式相同時(shí)，當(dāng)氧量從4%降至2%時(shí)，一般NOX的排放量能減少150~350mg/m3左右。氧量降低對(duì)NOX排放的減少主要原因是當(dāng)氧量減少時(shí)，燃料型NOX的生成明顯減少所致。應(yīng)控制一次風(fēng)的SRV<1.0，在煤粉著火之間找到最佳值，同時(shí)避免二次空氣在揮發(fā)份燃燒階段過早混入。風(fēng)、煤配比對(duì)氮氧化物排放影響隨著氧量的降低，相同配風(fēng)方式下NOX的排放濃度也逐漸降低，NOX的排放濃度排放濃度和配風(fēng)方式正塔、均等、束腰、倒塔依次呈降低趨勢(shì)。說明配風(fēng)方式對(duì)NOX的排放濃度影響顯著。正塔配風(fēng)時(shí)，由于煤粉燃燒所需的空氣在燃燒初期就已大量混入主燃燒區(qū)，主燃燒區(qū)氧化性氣氛較濃，因此導(dǎo)致燃燒區(qū)的NOX生成得不到有效抑制，盡管這種燃燒方式下，主燃燒區(qū)溫度比其他方式低，但由于燃料型NOX的生成在燃燒初期呈主導(dǎo)地位，因此，該方式下NOX的排放濃度是最高的。均等配風(fēng)方式與束腰配風(fēng)方式下，NOX的排放特性接近，相比均等配風(fēng)方式略比束腰配風(fēng)排放低。兩種配風(fēng)方式下NOX的生成量均低于正塔配風(fēng)方式，主要是由于這兩種配風(fēng)方式下，主燃燒區(qū)的氧濃度均低于正塔配風(fēng)方式，從而抑制了燃料型NOX的生成，如圖1-11。圖1-11預(yù)期束腰方式下NOX的排放要低于均等配風(fēng)，但實(shí)際兩者排放特性相近，且束腰方式下的NOX的排放要略高于均等配風(fēng)，這主要是由于束腰方式雖然更能抑制燃料NOX的生成，但由于該方式下，火焰中心溫度較高，熱力型NOX生成量增加，兩者相抵，導(dǎo)致兩種配風(fēng)方式下NOX排放濃度接近。采用倒塔配風(fēng)或倒塔、束腰的組合配風(fēng)方式對(duì)NOX生成的抑制效果最為明顯，只有采用這種配風(fēng)方式，才能比較有效地實(shí)現(xiàn)燃料和空氣分級(jí)，從而有效地降低NOX的生成量。盡管采用倒塔配風(fēng)和倒塔束腰的組合配風(fēng)方式對(duì)NOX的排放濃度降低效果明顯，但必須在一定條件下合理使用正確的配風(fēng)方式，否則將對(duì)鍋爐運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性均產(chǎn)生不利影響。降低氮氧化物排放對(duì)鍋爐效率影響低氧燃燒方式對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響采用低氧燃燒方式對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性有利，同時(shí)能有效控制NOX的生成，是大型煙煤鍋爐上可以推廣采用的運(yùn)行方式。配風(fēng)方式對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響研究結(jié)果表明，鍋爐一、二次風(fēng)配風(fēng)方式會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大影響。與鍋爐正常運(yùn)行的正塔、均等配風(fēng)方式相比，采用倒塔運(yùn)行方式盡管能更有效地降低鍋爐NOX的排放，但采用此配風(fēng)方式會(huì)對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利的影響。研究表明，在燃燒系統(tǒng)優(yōu)化改造的基礎(chǔ)上，采用低氧燃燒方式和倒束腰的配風(fēng)方式均可有效降低NOX的排放。如果將兩種方法適當(dāng)組合、聯(lián)合應(yīng)用，可以取得降低NOX排放量的良好效果。通過燃燒優(yōu)化，使得在一定條件下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高鍋爐效率，降低NOX排放。研究表明，采用低氧燃燒和配風(fēng)方式相結(jié)合的方式能大幅度降低NOX排放量。但是，但由于現(xiàn)有燃燒器的布置無法達(dá)到燃燒空氣軸向深度分級(jí)、在燃盡風(fēng)與主燃燒器之間無法形成足夠的還原空間，NOX的排放量仍無法達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)450mg/m}的要求。說明目前傳統(tǒng)的低氮燃燒方式難以達(dá)到我國(guó)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。近年來．新建燃煤電站鍋爐均采用了先進(jìn)低NOX燃燒系統(tǒng)低NOX燃燒技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，顯著影響鍋爐的運(yùn)行性能．鍋爐NOX排放特性及各影響因素的影響趨勢(shì)也隨低NOX燃燒技術(shù)的使用而變化對(duì)采用先進(jìn)低NOX燃燒系統(tǒng)的鍋爐，主要是根據(jù)煤的燃燒特性來實(shí)現(xiàn)NOX排放控制，相應(yīng)的燃煤揮發(fā)分含量高則NOX度一般降低Ⅲ。在煤粉鍋爐中燃料NOX占NOX生成量的大部分。燃料NOX的生成量不僅取決于煤中的含氮量，還取決于其他煤質(zhì)特性參數(shù)．這些參數(shù)主要通過影響煤的熱解、燃燒特性而影響燃料N的轉(zhuǎn)化和NOX的生成影響燃料NOX生成的主要煤質(zhì)特性是煤中氮和揮發(fā)分含量，此外顆粒尺寸分布、熱解速度、揮發(fā)分和焦燃燒速度也影響NOX的生成。圖2-1圖2-12.低氮燃燒技術(shù)從熱力型對(duì)、燃料型和快速型三種NOX生成機(jī)理可以得出抑制NOX生成和促使破壞NOX的途徑，圖2-1中還原氣氛箭頭所指即抑制和促使NOX破壞的途徑。2.1基本原理低過量空氣燃燒：低過量空氣燃燒是傳統(tǒng)常用的低氮燃燒技術(shù)，如圖2-2是使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOX的生成。這是一種最簡(jiǎn)單的降低NOX排放的方法。一般可降低NOX排放15－20%。但如爐內(nèi)氧濃度過低（3%以下），會(huì)造成濃度急劇增加，增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。因此在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)選取最合理的過量空氣系數(shù)。圖2-2剩系數(shù)對(duì)NOX生成量的影響降低助燃空氣預(yù)熱溫度燃燒空氣由27℃預(yù)熱到315℃，NO排放量增加3倍，如圖2-3圖2-3熱溫度對(duì)天然氣燃燒系統(tǒng)NOX生成量的影響3.空氣分級(jí)低NOX燃燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析空氣分級(jí)燃燒的基本原理空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是美國(guó)在20世紀(jì)50年代首先發(fā)展起來的，它是目前使用最為普遍的低NOX燃燒技術(shù)之一。空氣分級(jí)燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入，使第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)在0.8左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOX的生成。同時(shí)，燃燒生成的CO與NO進(jìn)行還原反應(yīng)，以及燃料N分解成中間產(chǎn)物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作用或與NO還原分解，抑制了燃料型NOX的生成；在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)，將燃燒用的空氣的剩余部分以二次空氣輸入，成為富氧燃燒區(qū)。由于此區(qū)域溫度已降低，新生成的NOX量有限，因此，總體上NOX的排放量少，最終空氣分級(jí)燃燒可使NOX生成量降低30％～50％。空氣分級(jí)燃燒的主要形式空氣分級(jí)燃燒的實(shí)現(xiàn)有多種形式，但主要有軸向和徑向分級(jí)燃燒兩種。軸向分級(jí)燃燒(OFA方式)，如圖3-1：軸向分級(jí)燃燒方式即火上風(fēng)方式，是將燃燒所需的二次風(fēng)分兩部分進(jìn)入爐膛：一部分為主二次風(fēng)，約占二次風(fēng)總量的70％～85％；另一部分為火上風(fēng)(也稱燃盡風(fēng)OFA)，約占二次風(fēng)量的l5％～30％。如此，爐膛內(nèi)形成3個(gè)燃燒區(qū)域，即熱解區(qū)、貧氧區(qū)和富氧區(qū)，如下圖所示。熱解區(qū)中煤粉和一次風(fēng)混合燃燒，會(huì)生成少量的熱力型NOX；貧氧區(qū)中燃料不完全燃燒，抑制了燃料性NOX的生成；富氧區(qū)中火上風(fēng)促成了燃料的完全燃燒。整個(gè)過程減少了熱力型NOX的生成，同時(shí)抑制了燃料型NOX的生成，降低了NOX的總排放量，實(shí)現(xiàn)了高效低NOX燃燒的要求。圖3-1軸向空氣分級(jí)燃燒示意圖圖3-2徑向空氣分級(jí)燃燒示意圖徑向分級(jí)燃燒，如圖3-2：將二次風(fēng)射流軸線向水冷壁偏轉(zhuǎn)一定角度，形成一次風(fēng)煤粉氣流在內(nèi)、二次風(fēng)在外的徑向分級(jí)燃燒。此時(shí)，沿爐膛水平徑向把煤粉的燃燒區(qū)域分成位于爐膛中心的貧氧區(qū)和水冷壁附近的富氧區(qū)。由于二次風(fēng)射流向水冷壁偏轉(zhuǎn)，推遲了二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合，降低了燃燒中心氧氣濃度，使燃燒中心α＜1，煤粉在缺氧條件下燃燒，抑制了NOX的生成，NOX的排放濃度降低。由于在水冷壁附近形成氧化性氣氛，可防止或減輕水冷壁的高溫腐蝕和結(jié)焦。軸向空氣分級(jí)燃燒的影響因素燃盡風(fēng)噴口與燃燒器最上層一次風(fēng)噴口的距離H：距離大，分級(jí)效果好，NOX下降幅度大，但飛灰可燃物會(huì)增加。合適的距離與爐膛結(jié)構(gòu)、燃料種類有關(guān)。根據(jù)前蘇聯(lián)全蘇熱工研究所試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。H由下式計(jì)算：燃盡風(fēng)份額：風(fēng)量大，分級(jí)效果好，但可能引起燃燒器區(qū)域嚴(yán)重缺氧而出現(xiàn)受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕。對(duì)于煤粉爐，合理的燃盡風(fēng)占鍋爐總風(fēng)量的15％～20％左右。燃盡風(fēng)風(fēng)速：燃盡風(fēng)要有足夠高的流速，以保證與煙氣的良好混合。燃盡風(fēng)速約為45～50m/s合適。燃盡風(fēng)噴口布置方式：常見的是角置式OFA噴口，也有采用墻置式結(jié)構(gòu)，即OFA噴口沿爐膛四面墻布置。徑向空氣分級(jí)燃燒的影響因素主要是二次風(fēng)的偏轉(zhuǎn)角度，偏轉(zhuǎn)角度大，NOX排放量下降幅度大，但飛灰可燃物也會(huì)增多，合適的偏轉(zhuǎn)角度因煤種而異。燃盡風(fēng)的種類緊湊型燃盡風(fēng)（CCOFA）CCOFA（Close-coupledOverFiredAir）也稱為強(qiáng)耦合式燃盡風(fēng)，一般緊鄰最上層燃燒器布置，由大風(fēng)箱供風(fēng)。它可以減少富燃料區(qū)的反應(yīng)時(shí)間，增加貧燃料區(qū)或燃盡區(qū)的反應(yīng)時(shí)間。其布置結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：圖3-3爐內(nèi)空氣分級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖在前些年投產(chǎn)的300MW等級(jí)機(jī)組鍋爐中，幾乎都采用了CCOFA技術(shù)，CCOFA風(fēng)量通常只占總風(fēng)量的15%左右，可使鍋爐NOX排放量控制在650mg/m3左右。分離燃盡風(fēng)（SOFA）SOFA（SeparatedOverFiredAir）是另一種燃盡風(fēng)形式，其風(fēng)速通常設(shè)計(jì)為50m/s。SOFA風(fēng)布置在遠(yuǎn)離燃燒器的位置，與主燃燒器拉開一定距離。當(dāng)前300MW和600MW機(jī)組鍋爐的典型設(shè)計(jì)中，SOFA風(fēng)與上一次風(fēng)的距離通常都在8米左右。表3-1給出了國(guó)內(nèi)部分電廠深度分級(jí)燃燒布置的尺寸。國(guó)內(nèi)部分電廠深度分級(jí)燃燒布置尺寸序名稱單位外高橋一廠3號(hào)爐黃埔電廠5、6號(hào)爐外高橋二廠寶鋼電廠1號(hào)爐1機(jī)組容量MW3003009003502緊靠型燃盡風(fēng)√√√×3緊靠型燃盡風(fēng)數(shù)量個(gè)84－4分離型燃盡風(fēng)√√√√5分離型燃盡風(fēng)數(shù)量個(gè)/層8/212/34/16燃盡風(fēng)噴口的中心標(biāo)高米33.5531.735.547燃盡風(fēng)與上一次風(fēng)中心距米8.127.438.516.978燃盡風(fēng)噴口中心與屏底距離米12.0512.510.99表3-1SOFA風(fēng)噴口一般設(shè)計(jì)為具有上下和水平擺動(dòng)功能，以調(diào)整燃盡風(fēng)穿透深度和混合效果，并有效防止?fàn)t膛出口過大的扭轉(zhuǎn)殘余。SOFA風(fēng)噴口如圖3-4所示：圖3-4SOFA噴嘴示意圖當(dāng)前300MW和600MW機(jī)組的鍋爐設(shè)計(jì)中，SOFA風(fēng)的份額通常取值30%，對(duì)于改造鍋爐，由于鍋爐原設(shè)計(jì)的原因（主要是再熱汽溫），一般取值在18%~20%。因改造鍋爐燃盡風(fēng)比例比新設(shè)計(jì)鍋爐相應(yīng)減少，會(huì)影響燃盡風(fēng)的脫硝效果，這是其NOX降低濃度與新建鍋爐相差的重要原因之一。對(duì)于新增的SOFA風(fēng)系統(tǒng)，可從原大風(fēng)箱上新增兩路風(fēng)管，接入SOFA風(fēng)箱。新增的SOFA風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)模式，需由電廠主管路上引出少量?jī)x表用壓縮空氣至各新增設(shè)備用氣點(diǎn)。高速燃盡風(fēng)（ROFA）ROFA（RotatingOpposedFiredAir）是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，它可以在有效降低NOX排放的同時(shí)減少飛灰含碳量。ROFA風(fēng)速一般超過80m/s。ROFA風(fēng)系統(tǒng)（如圖3-5所示）由增壓風(fēng)機(jī)、風(fēng)道和噴嘴組成。高速燃盡風(fēng)的形成可以從空氣預(yù)熱器出口單獨(dú)引一路風(fēng)道，增加一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，將風(fēng)機(jī)出口的高壓風(fēng)送到燃盡風(fēng)噴口，使噴口風(fēng)速達(dá)到80m/s。這種系統(tǒng)另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)與從大風(fēng)箱引出的燃盡風(fēng)不同，噴口風(fēng)速不受大風(fēng)箱風(fēng)壓的干擾。噴口處的風(fēng)壓一般為7~20KPa，這取決于混合所需的穿透力。圖3-5ROFA風(fēng)系統(tǒng)圖高速燃盡風(fēng)風(fēng)速相比常規(guī)燃盡風(fēng)速度增加后，氣流在爐內(nèi)射向中心的過程中，射流穿透力增強(qiáng)與周圍氣體的動(dòng)量交換劇烈，使其周圍的氣體加速，進(jìn)而增大燃盡風(fēng)射流的截面以及射流攜帶氣體的流量，這樣燃盡風(fēng)射流周圍需要不斷補(bǔ)充氣體。在一個(gè)強(qiáng)空氣分級(jí)燃燒的爐膛內(nèi)，燃盡風(fēng)以足夠高的速度射入鍋爐上部，形成了高動(dòng)能的紊流區(qū)域，促進(jìn)了爐膛上部空氣與高溫?zé)煔獾幕旌?，從而給抑制NOX提供了一個(gè)很好的混合環(huán)境，有利于抑制氮氧化物的生成。同時(shí)由于強(qiáng)烈混合，有利于未燃盡碳燃盡，降低了CO的排放，減少了飛灰含碳量。圖3-6為燃盡風(fēng)與高速燃盡風(fēng)的比較圖，從圖中可以明顯看出高速燃盡風(fēng)更有利于降低NOX排放。圖3-6燃盡風(fēng)與高速燃盡風(fēng)的比較此外，高速燃盡風(fēng)在爐膛上部形成強(qiáng)烈渦流，使煙氣與空氣充分混合，溫度分布更趨于均勻，增強(qiáng)了輻射換熱和對(duì)流換熱的效果，從而起到提高鍋爐效率，減輕了空氣分級(jí)技術(shù)對(duì)燃燒的影響。旋流燃盡風(fēng)OFA如果鍋爐本身采用旋流燃燒器，則要相應(yīng)布置旋流燃盡風(fēng)OFA。目前該技術(shù)比較成熟的公司有美國(guó)FW公司、美國(guó)ABT公司、英國(guó)MBEL公司等。廣泛采用旋流式雙調(diào)風(fēng)燃盡風(fēng)，即在燃盡風(fēng)噴口中加調(diào)風(fēng)器，它將燃盡風(fēng)分為兩股獨(dú)立的氣流噴入爐膛，中央部位的氣流為直流氣流，它速度高剛性大，能直接穿透上升煙氣進(jìn)入爐膛中心；外圈氣流是旋轉(zhuǎn)氣流，離開調(diào)風(fēng)器后向四周擴(kuò)散，用于和靠近水冷壁附近的上升煙氣進(jìn)行混合。外圈氣流的旋流強(qiáng)度和兩股氣流的流量均可以通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。燃盡風(fēng)OFA布置在旋流燃燒器的上部，通常加裝側(cè)翼風(fēng)噴口（WingPort）作為補(bǔ)充，側(cè)翼風(fēng)可以使水冷壁附近形成氧化性氣氛，防止高溫腐蝕和結(jié)渣。如圖3-7為江蘇利港電廠的OFA布置簡(jiǎn)圖：共16只旋流燃燒器，分4層全部布置于前墻。在燃燒器上方增加4只OFA，在上層燃燒器靠?jī)蓚?cè)墻處增加兩只側(cè)翼風(fēng)。圖3-7利港電廠OFA布置結(jié)構(gòu)圖三個(gè)電廠的旋流燃盡風(fēng)的應(yīng)用情況電廠名稱容量（MW）燃燒器布置方式OFA布置方式備注利港電廠35016只燃燒器分4層全部布置在前墻，每層4只在燃燒器上方加一層OFA，共4只改造前NOX濃度為890～1190mg/m3，改造后不大于400mg/m3烏沙山電廠600共30只燃燒器，前后墻各15只，分三層布置，每層5只前后墻各增加一層OFA，每層5個(gè)噴口托克托三期5號(hào)爐600共30只燃燒器，前后墻各15只，分三層布置，每層5只前后墻各增加一層OFA，每層5個(gè)噴口燃盡風(fēng)中心距最上層燃燒器中心4m，OFA風(fēng)量為15%表3-2燃盡風(fēng)布置方式的選擇燃盡風(fēng)可以布置在爐膛的四個(gè)角上也可以布置在四個(gè)墻面上。圖3-8為國(guó)內(nèi)典型的角布置方式，這種布置方式具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：燃盡風(fēng)噴口進(jìn)行反切改造，解決了爐膛出口煙氣偏流問題；燃盡風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以控制過熱器或再熱器的壁溫偏差，防止超溫爆管。圖3-8典型的四角布置方式圖3-9顯示了德國(guó)為石洞口電廠4×300MW機(jī)組改造設(shè)計(jì)的布置方式，采用了墻面布置方式，每側(cè)爐墻有兩處燃盡風(fēng)噴口，在爐墻中心線上的為主燃盡風(fēng)；偏燃燒器側(cè)的為副燃盡風(fēng)噴口，其氣流與爐膛切圓旋轉(zhuǎn)方向同步；每個(gè)燃盡風(fēng)噴口截面裝有調(diào)整擋板，通過控制單個(gè)噴口流量可控制燃盡風(fēng)的噴入深度，從而得到所需的混合特性。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)為沒有四角補(bǔ)氣的問題。圖3-9墻面布置方式示意圖總之，角上和墻面布置這兩種方式各有特點(diǎn)，具體如表3-3所示：兩種布置方式的比較序號(hào)角上布置墻面布置1射入爐膛中心射流行程長(zhǎng)。不利于加強(qiáng)后期混合，燃盡度差。射入爐膛中心射流行程短。有利于加強(qiáng)后期混合，燃盡度高。2氣流兩側(cè)補(bǔ)氣角不同容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。爐內(nèi)煙氣消旋能力差。爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布不易均勻。沒有補(bǔ)氣角的問題，不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。爐內(nèi)煙氣消旋能力強(qiáng)?？墒?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)分布比較合理，不易出現(xiàn)局部高溫，生成的氮氧化物也較少。3氣流在水平方向混合充分氣流在水平方向混合充分4水冷壁開孔復(fù)雜水冷壁開孔簡(jiǎn)單5風(fēng)道布置容易風(fēng)道布置復(fù)雜表3-3從表3-3看出，燃盡風(fēng)墻面布置從改善燃燒效率和抑制NOX生成方面優(yōu)于角上布置，但工程制作比較復(fù)雜?？諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景使用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)（如圖3-10）對(duì)老機(jī)組實(shí)施改造較為方便，改動(dòng)量小，改造費(fèi)用相對(duì)較低；比較適用于高揮發(fā)分的煤種?？諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)對(duì)于大型電站鍋爐降低NOX排放有著很好的效果，可達(dá)到30%～50％的減排效果，是電站鍋爐脫硝工程必不可少的第一步，它能為后期的SCR的應(yīng)用節(jié)省大量的建設(shè)成本和運(yùn)行成本。低NOX燃燒器加深度分級(jí)送風(fēng)(即分離燃盡風(fēng)SOFA)已經(jīng)成為目前燃煤電站鍋爐控制NOX生成的最佳組合。較多應(yīng)用于新鍋爐的設(shè)計(jì)和燃燒器的改造中，深度空氣分級(jí)燃燒技術(shù)通常采用SOFA與偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)結(jié)合的空氣分級(jí)方案。通過深度空氣分級(jí)形成下部缺氧燃燒控制NOX生成，上部富氧燃燒控制飛灰含碳量的燃燒格局，大幅降低NOX排放。SOFA噴口一般設(shè)計(jì)為具有上下和水平擺動(dòng)功能，以調(diào)整燃盡風(fēng)穿透深度和混合效果，并有效防止?fàn)t膛出口過大的扭轉(zhuǎn)殘余。偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)的設(shè)置不僅可以降低NOX的生成，而且在水冷壁附近形成氧化性氣氛，可防止或減輕水冷壁的高溫腐蝕和結(jié)焦。圖3-10空氣分級(jí)燃燒系統(tǒng)的布置及NOX濃度分布4.燃料分級(jí)燃燒燃料再燃的原理再燃這一概念是在1973年由Wendt等人提出的，直到1983年，Takahashi等人在日本將再燃技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的鍋爐，并獲得了大于50％的NOX還原率，這一方法才得以確立并實(shí)際應(yīng)用。燃料再燃又稱為燃料分級(jí)或爐內(nèi)還原技術(shù)，它是降低NOX排放的諸多爐內(nèi)方法中最有效的措施之一。NOX在遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí)會(huì)發(fā)生NOX的還原反應(yīng)。利用這一原理，把爐膛高度自下而上依次分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)（如圖4-1所示）。燃料分級(jí)送入爐膛，將80％～85％的主燃料噴入主燃區(qū)，在過量空氣系數(shù)α＞1的條件下燃燒生成NOX；將15％～20％的再燃燃料在主燃區(qū)上部的合適位置噴入再燃區(qū)，在α＜1的條件下形成較強(qiáng)的還原性氣氛。再燃區(qū)不僅能還原已經(jīng)生成的NOX，同時(shí)可以抑制新的NOX的生成，進(jìn)一步降低NOX的排放。配合再燃區(qū)上面布置的燃盡風(fēng)(OFA)可以形成第三級(jí)燃燒區(qū)，以使再燃區(qū)生成的未完全燃燒產(chǎn)物燃盡。圖4-1再燃脫硝技術(shù)示意圖為了獲得更高的脫硝效率，將再燃和選擇性非催化還原（SNCR）相結(jié)合，將氨水或尿素作為氮催化劑噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū)，以進(jìn)一步降低NOX，稱之為先進(jìn)再燃(AdvancedReburning)。先進(jìn)再燃的脫硝效率可達(dá)80%以上，其技術(shù)示范應(yīng)用于美國(guó)的105MWNYSEGGreenidge電站。而將堿金屬鹽類(主要指Na鹽)作為催化劑和氨同時(shí)噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū)，稱之為改良先進(jìn)再燃(PromotedAR)，其脫硝效率有望達(dá)到95%。再燃燃料的選擇再燃燃料的選取應(yīng)優(yōu)先滿足以下原則：（1）再燃燃料應(yīng)含有高揮發(fā)分；（2）再燃區(qū)的停留時(shí)間要足夠長(zhǎng)；（3）優(yōu)化再燃區(qū)的混合條件；（4）如采用固體燃料，燃料的粒度應(yīng)較細(xì)。再燃燃料的選取再燃燃料的選取面很廣泛，一般可分為氣體燃料(天然氣等)、液體燃料(水煤漿、奧里油等)和固體燃料(煤粉、生物質(zhì)等)。天然氣目前，天然氣再燃技術(shù)是發(fā)展相對(duì)較成熟的，國(guó)外應(yīng)用的再燃技術(shù)基本上都是以天然氣為再燃燃料。采用此項(xiàng)技術(shù)，一般在實(shí)驗(yàn)室條件下可以達(dá)到70％～80％的脫硝效率。天然氣主要成分是CH4，含氮、硫成分極少，基本沒有灰分，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生額外的污染氣體；和煙氣同相混合比較均勻，反應(yīng)時(shí)間短，速度快；未完全燃燒損失?。蝗紵螽a(chǎn)生較多的CHi離子團(tuán)，有利于再燃區(qū)NOX的還原。而且天然氣和煙氣同相混合，所需設(shè)備較少，投資較低。在國(guó)內(nèi)，限制天然氣作為二次燃料的因素主要是獲得渠道和價(jià)格。我國(guó)絕大多數(shù)電廠無法獲得穩(wěn)定的天然氣來源，而高昂的天然氣價(jià)格也大大提高了電廠運(yùn)行成本，這些因素決定了我國(guó)推廣天然氣再燃技術(shù)的艱難。超細(xì)煤粉隨著再燃技術(shù)的發(fā)展，一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)將煤粉作為二次燃料噴入再燃區(qū)也可以取得接近甚至高于天然氣再燃的脫硝效果。而且由于其具有經(jīng)濟(jì)性及便利性，煤粉再燃得到越來越多的重視。在國(guó)外有研究表明，采用超細(xì)煤粉再燃，可以取得50％～70％的脫硝效率，基本和天然氣相當(dāng)。當(dāng)采用高揮發(fā)分的褐煤或褐煤焦作再燃燃料時(shí)，效果甚至好于天然氣再燃。采用超細(xì)煤粉作為二次燃料，其燃料種類和主燃料相同，運(yùn)輸及燃燒方式相同，運(yùn)行成本更低，脫硝效率在一定情況下甚至高于天然氣再燃。但是，因?yàn)槭钱愊喾磻?yīng)，煤粉的燃盡率低，容易造成飛灰含炭量增加、鍋爐效率降低。而一味地降低煤粉細(xì)度并不是可取之道，必須考慮到其經(jīng)濟(jì)細(xì)度。生物質(zhì)當(dāng)前生物質(zhì)再燃技術(shù)日益受到重視。生物質(zhì)主要指秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物、能源植物和林業(yè)加工廢棄物等，是一種可再生的清潔能源。利用生物質(zhì)再燃一般有兩種方式，生物質(zhì)直接再燃或者生物質(zhì)氣化再燃。直接再燃是對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行干燥、粉碎后直接作為二次燃料，而氣化再燃是將生物質(zhì)熱解生成的生物質(zhì)氣作為二次燃料。利用直接再燃技術(shù)一般可以取得50％～70％的脫硝效率，而氣化再燃可以實(shí)現(xiàn)約50％的脫硝效果。兩者的影響因素基本類似于煤粉和天然氣再燃，但是直接再燃時(shí)，生物質(zhì)的顆粒大小幾乎對(duì)脫硝效果沒有影響。在國(guó)外，對(duì)直接再燃的研究較多，并已有工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目。生物質(zhì)燃料主要成分是C、O，較低含量的N、S以及一些堿金屬(Na、K)，揮發(fā)分含量高，熱值低，易著火，燃燒主要生成CO2，較少SOX、NOX。而CO2可在植物光合作用時(shí)被吸收，從一個(gè)大周期來看，燃用生物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)CO2凈排放為零。同時(shí)堿金屬可以作為催化劑，促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行，對(duì)再燃脫硝具有促進(jìn)作用，但也會(huì)降低灰熔點(diǎn)，造成受熱面積灰玷污。生物質(zhì)資源具有季節(jié)性的特點(diǎn)且地域性較強(qiáng)，比能量密度小，如大規(guī)模使用，運(yùn)輸及儲(chǔ)備是必須解決的問題。但是考慮到經(jīng)濟(jì)及環(huán)境收益的最大化，生物質(zhì)的有效使用一定程度上可以緩解能源緊張，是最值得推廣的技術(shù)。其他可采用的二次燃料作為一種新型燃料，水煤漿也作為二次燃料應(yīng)用于再燃脫硝。在實(shí)際應(yīng)用中，EER公司在10×106Btu/h的塔式爐上進(jìn)行水煤漿再燃試驗(yàn)，脫硝效率最高達(dá)77％，超過了天然氣再燃效果。水煤漿低污染，燃燒效率高，儲(chǔ)運(yùn)方便，其流體特性使得使用方式簡(jiǎn)便。雖然需要增加額外的制備和輸送設(shè)備，但總體運(yùn)行成本較為低廉。奧里乳化油(Orimulsion)也可用于再燃技術(shù)。奧里油盛產(chǎn)于北美，現(xiàn)已大量進(jìn)口我國(guó)并作為鍋爐燃料廣泛應(yīng)用。其發(fā)熱量大，流動(dòng)性好，價(jià)格低于其他燃料油。1997年，Hennepin電站對(duì)奧里油作為二次燃料進(jìn)行了全面測(cè)試，脫硝率可以達(dá)到64％。影響再燃效果的主要因素再燃燃料的種類和特性：再燃燃料的種類很多，不同種類的再燃燃料由于其燃料特性各不相同，生成的中間產(chǎn)物相異，各自的再燃效果以及適用的燃燒工況也明顯不同。因此再燃燃料的選擇對(duì)再燃效果起著重要的作用。再燃燃料比和過量空氣系數(shù)：再燃燃料輸入熱量占鍋爐總輸入熱量的份額為再燃燃料比。再燃燃料比較高時(shí)NOX還原率亦較高。但如果該比值過高，由于燃盡效果下降，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性反而降低，此外爐膛熱負(fù)荷上移，爐膛內(nèi)熱負(fù)荷的合理分配將受到影響。一般再燃燃料量以占主燃料20%左右為宜。過量空氣系數(shù)一般為0.8～0.9。再燃燃料注入溫度：再燃區(qū)隨著溫度增加，NOX還原率增加。高溫有利于提高NOX的分解速率，但溫度過高增加熱力型NOX的生成，一般為1247～1343K之間。煙氣在再燃區(qū)的停留時(shí)間：增加停留時(shí)間有利于反應(yīng)充分進(jìn)行從而有利于NOX還原，但大于0.8s時(shí)，效果不再明顯。對(duì)于氣體再燃，這個(gè)時(shí)間為0.7s。在實(shí)際鍋爐中，最佳停留時(shí)間的選擇還需考慮再燃區(qū)的混合程度。燃料再燃技術(shù)的發(fā)展前景發(fā)展再燃還原技術(shù)是目前我國(guó)電站鍋爐滿足環(huán)保要求的比較現(xiàn)實(shí)、可行、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的一種低NOX燃燒技術(shù)。天然氣再燃技術(shù)相對(duì)較成熟，然而其昂貴的初投資和運(yùn)行費(fèi)用迫使我們尋求更經(jīng)濟(jì)的再燃燃料。國(guó)家已將“超細(xì)化煤粉再燃低NOX燃燒技術(shù)研究”列為863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目。而煤熱解或氣化產(chǎn)物作為再燃燃料可能適應(yīng)達(dá)到更好的脫硝效果，因此對(duì)其進(jìn)行研究對(duì)開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的高效低污染燃燒技術(shù)有著重要意義。5.煙氣再循環(huán)低NOX燃燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析煙氣再循環(huán)機(jī)理煙氣再循環(huán)也是常用的燃燒中降低NOX排放量的方法之一。該技術(shù)是將鍋爐尾部約10%～30%的低溫?zé)煔猓囟葹?00～400℃）經(jīng)煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)回抽（多在省煤器出口位置引出）并混入助燃空氣中，經(jīng)燃燒器或直接送入爐膛或與一次風(fēng)、二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，從而降低燃燒區(qū)域的溫度，同時(shí)降低燃燒區(qū)域氧的濃度，最終降低NOX的生成量，并具有防止鍋爐結(jié)渣的作用，如圖5-1。但采用煙氣再循環(huán)會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒熱損失加大，而且爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，所以不能用于難燃燒的煤種（如無煙煤等）。煙氣再循環(huán)率的選擇式中：β—煙氣再循環(huán)率；qV1—循環(huán)的煙氣量；qV2—循環(huán)的煙氣總量。圖5-1煙氣循環(huán)燃燒對(duì)降低NOX的影響煙氣再循環(huán)法降低NOX排放的效果與燃料種類、爐內(nèi)燃燒溫度及煙氣再循環(huán)率有關(guān)。煙氣再循環(huán)率越高，則排放下降越多，但是再循環(huán)率受到再循環(huán)風(fēng)機(jī)出力和煤粉燃盡率的影響。經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)煙氣再燃循環(huán)率為15%～20%時(shí)，煤粉爐的NOX排放濃度可降低25%左右。燃燒溫度越高，煙氣再循環(huán)率對(duì)NOX脫除率的影響越大。但是，煙氣再循環(huán)效率的增加是有限的，當(dāng)采用更高的再循環(huán)率時(shí)，由于循環(huán)煙氣量的增加，燃燒會(huì)趨于不穩(wěn)定，而且未完全燃燒熱損失會(huì)增加。因此，電爐的煙氣再循環(huán)率一般控制在10%～20%。另外，利用煙氣再循環(huán)改造現(xiàn)有鍋爐需要安裝煙氣回抽系統(tǒng)，附加煙道、風(fēng)機(jī)及飛灰收集裝置，投資加大，系統(tǒng)也較復(fù)雜，對(duì)原有設(shè)備改造時(shí)也會(huì)受到場(chǎng)地條件等的限制。由于煙氣再循環(huán)使輸入的熱量增多，可能影響爐內(nèi)的熱量分布，過多的再循環(huán)煙氣還可能導(dǎo)致火焰的不穩(wěn)定性及蒸汽超溫，因此再循環(huán)煙氣量有一定的限制。在燃煤鍋爐上單獨(dú)利用煙氣再循環(huán)措施，得到的NOX脫除率小于20%。所以，一般都需要與其他的措施聯(lián)合使用。利用煙氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn)HTACHTAC—HighTemperatureAirCombustion，即高溫低氧燃燒技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型燃燒技術(shù)。由于這項(xiàng)技術(shù)突出的節(jié)能與環(huán)保優(yōu)勢(shì)，在許多國(guó)家得到了廣泛的重視，其原理圖如圖5-2所示。圖5-2HTAC工作原理圖燃燒產(chǎn)生的煙氣流經(jīng)蓄熱體，溫度降至200℃以下后，經(jīng)由四通閥，最后由引風(fēng)機(jī)排除。排走的煙氣一部分經(jīng)過回?zé)熝b置同空氣在鼓風(fēng)機(jī)前進(jìn)行混合，利用煙氣來稀釋空氣中的氧濃度，使混合氣體中氧濃度低于21％。稀釋后的貧氧混合氣體經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)后通過四通換向閥，通過蓄熱體被加熱后同燃料在燃燒室內(nèi)混合進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的煙氣從另一側(cè)燒嘴流出，循環(huán)反復(fù)進(jìn)行燃燒。煙氣再循環(huán)技術(shù)一方面可以稀釋入爐氣體中的氧濃度，另一方面又可以降低燃燒區(qū)域溫度，因此降低了NOX的排放量。采用該種方式，通過控制引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)前的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)再循環(huán)的煙氣量，可以獲得不同的煙氣再循環(huán)率，進(jìn)而獲得不同含氧體積濃度的助燃?xì)怏w。6.低NOX燃燒器技術(shù)原理及型式低NOX燃燒器的原理低NOX燃燒器(LowNOXBurner，LNB)是通過設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的燃燒器，通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，以達(dá)到在燃燒器著火區(qū)的空氣分級(jí)、燃燒分級(jí)和煙氣再循環(huán)法的目的。該技術(shù)的使用可以在保證煤粉著火燃燒的同時(shí)，有效地抑制NOX的生成。世界各國(guó)的大鍋爐公司分別發(fā)展了各種類型的低NOX燃燒器，NOX降低率一般在30%～60%之間。電站鍋爐常用的煤粉燃燒器主要有直流型和旋流型兩種。目前，我國(guó)電站鍋爐中主要采用直流型燃燒器，采用旋流型燃燒器的鍋爐只占總?cè)萘康?0％。直流煤粉燃燒器PM型低NOX燃燒器最早出現(xiàn)的低NOX直流型煤粉燃燒器是三菱重工的PM型燃燒器(PollutionMinimumBurner)，主要由多組一次風(fēng)煤粉噴口和二次風(fēng)噴口組成，其結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。煤粉在一次風(fēng)道中先經(jīng)過一個(gè)彎頭進(jìn)行慣性分離，密度大的煤粉由于慣性大，多數(shù)進(jìn)入上面的富燃料噴口，其余的隨空氣進(jìn)入下面的貧燃料噴口。富燃料燃燒時(shí)，處于還原性氣氛，有利于抑制燃料型NOX的生成；貧燃料燃燒時(shí)，由于空氣過多使得火焰溫度降低，有利于抑制熱力型NOX的生成。圖6-1PM型低NOX燃燒器PM型低NOX燃燒器的主要特點(diǎn)是將爐膛的分級(jí)燃燒和燃燒器的分級(jí)燃燒結(jié)合在一起。在這種燃燒器中，送入主燃燒器的一、二次風(fēng)占總風(fēng)量的80％左右。此外，由于采用分隔風(fēng)箱，燃燒噴口的寬度較大，增加了出口處氣流的剛性。PM型燃燒器適用于燃燒可燃基揮發(fā)分Vr>24％的煙煤，具有明顯的低負(fù)荷穩(wěn)燃性能，能在40％負(fù)荷下不投油穩(wěn)定燃燒，該技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用黃臺(tái)電廠上。WR型低NOX燃燒器WR型燃燒器(WideRangeBurner，寬調(diào)節(jié)比燃燒器)主要由噴嘴和噴嘴體兩部分組成，如圖6-2所示。WR型燃燒器也是利用彎頭的慣性分離作用，形成濃煤粉和淡煤粉，與彎頭相接的管道中安裝了濃、淡煤粉的分離擋板，使這兩股氣流從各自的管道通過。這種燃燒器的噴口內(nèi)安裝有波形鈍體，可增強(qiáng)煤粉與氣流的攪拌并在燃燒器的出口處形成一個(gè)有利于著火的穩(wěn)定回流區(qū)，從而提高火焰的穩(wěn)定負(fù)荷范圍。圖6-2WR型低NOX燃燒器WR型燃燒器在垂直方向形成濃淡燃燒，其降低NOX排放的原理與PM燃燒器相似。WR型燃燒器與PM型燃燒器的不同之處在于：PM型燃燒器有兩個(gè)噴嘴，而WR型燃燒器將濃、淡相集中在一個(gè)噴口內(nèi)。因此，WR型燃燒器的上、下一次風(fēng)中心距可以做得較小，這樣既有利于降低整體的火焰高度、減少NOX的排放，又降低了鍋爐的造價(jià)、滿足了燃用劣質(zhì)煤的要求。這種燃燒器已在多家電廠成功應(yīng)用。例如，漢川電廠采用這種燃燒器取得了較好的低負(fù)荷穩(wěn)燃和低NOX排放效果。水平濃淡式燃燒器在濃淡燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過多年的努力，提出“風(fēng)包粉”煤粉燃燒的思想，開發(fā)出水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器。水平濃淡可以采用兩種方式來實(shí)現(xiàn)：第1種是采用百葉窗煤粉濃縮器，如圖6-3所示。這種方式對(duì)煤粉管道的布置無特殊要求，適用于工程改造；第2種是采用90°彎頭，這種方式需要對(duì)管道設(shè)計(jì)做特殊處理，主要適用于新機(jī)組的設(shè)計(jì)。圖6-3百葉窗水平濃淡燃燒器水平濃淡燃燒器利用濃縮器或彎頭將煤粉氣流分成濃淡兩相，并保持水平直到噴嘴出口。含有一次風(fēng)中大部分煤粉的濃相氣流在向火側(cè)切向噴入爐內(nèi)，形成內(nèi)側(cè)小切圓；淡煤粉氣流在背火側(cè)切向噴入爐內(nèi)，形成外側(cè)假想大切圓。水平濃淡燃燒器也屬于濃淡燃燒方式，故其降低NOX排放的原理與WR型燃燒器相似。此外，由于燃燒器中形成了內(nèi)層切圓富燃料，屬還原性氣氛，能進(jìn)一步降低NOX的形成。與WR型燃燒器相比，水平濃淡燃燒器除具備低NOX排放的優(yōu)點(diǎn)外，還能進(jìn)一步改善著火條件，增強(qiáng)水冷壁附近的氧化性氣氛，可防止結(jié)焦和高溫腐蝕。這種燃燒器煤種適應(yīng)性非常廣，對(duì)于低揮發(fā)分的貧煤、無煙煤的應(yīng)用效果也不錯(cuò)，已經(jīng)成功應(yīng)用在安陽等多家電廠燃燒器的改造上。旋流煤粉燃燒器旋流燃燒器根據(jù)二次風(fēng)的供入方式和一次風(fēng)煤粉濃度可分為三類：普通型、分級(jí)燃燒型和濃縮型。普通型旋流燃燒器：普通型旋流燃燒器是指二次風(fēng)通過燃燒器送入爐膛，一次風(fēng)粉混合物沒有濃縮的旋流燃燒器，有以下幾種形式：一、二次風(fēng)均旋轉(zhuǎn)的雙蝸殼式旋流燃燒器；一次風(fēng)為直流，二次風(fēng)為旋流的單蝸殼－擴(kuò)錐型燃燒器；一次風(fēng)可以旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)，二次風(fēng)通過可動(dòng)的切相葉片送入爐膛的切相可動(dòng)葉片燃燒器；軸向可動(dòng)葉輪燃燒器，利用拉桿移動(dòng)二次風(fēng)通道中的葉輪，從而改變二次風(fēng)中直流氣流和旋流氣流的比例；軸向葉輪－蝸殼型燃燒器，一次風(fēng)通過蝸殼進(jìn)入爐膛，二次風(fēng)的旋流器為直葉片；旋流預(yù)燃室燃燒器，根部二次風(fēng)經(jīng)過不旋轉(zhuǎn)的直葉片進(jìn)入預(yù)燃室，另外的二次風(fēng)在預(yù)燃室出口附近通過直葉片或有傾角的葉片送入爐膛；管式旋流燃燒器。普通的旋流燃燒器由于一二次風(fēng)混合比較強(qiáng)烈,導(dǎo)致煤粉與氣流強(qiáng)烈混合,過快的溫升及過量氧的加入,使燃燒強(qiáng)度很高,最終導(dǎo)致NOX的大量生成,約為1000～1200mg/L。但可通過增加燃燒器之間的距離和分級(jí)配風(fēng)的方法來降低NOX的排放分級(jí)燃燒型旋流燃燒器分級(jí)燃燒型旋流燃燒器是指二次風(fēng)分兩級(jí)或兩級(jí)以上送入爐膛，一次風(fēng)粉沒有濃縮的旋流燃燒器，有以下幾種形式：雙通道外混式旋流燃燒器，一次風(fēng)為直流風(fēng)，大部分二次風(fēng)通過軸向固定葉片送入爐膛，另外的二次風(fēng)為直流風(fēng)；SM型燃燒器，一次風(fēng)不旋轉(zhuǎn)，二次風(fēng)通過旋轉(zhuǎn)葉片形成旋轉(zhuǎn)氣流，一、二次風(fēng)占燃燒總空氣量的80-90%，剩下的二次風(fēng)從燃燒器噴口周邊外一定距離處均勻布置的四個(gè)噴口以直流的形式送入爐膛；蝸殼－葉片式燃燒器，一次風(fēng)通過蝸殼進(jìn)入爐膛，二次風(fēng)通過內(nèi)、外二次風(fēng)通道的軸向葉片一旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)入爐膛；RSFC型燃燒器，一次風(fēng)為直流風(fēng)，二次風(fēng)由三個(gè)分風(fēng)道以旋流的形式進(jìn)入爐膛，其中一個(gè)或三個(gè)分風(fēng)道均可以摻入在循環(huán)煙氣。濃縮型旋流煤粉燃燒器濃縮型旋流燃燒器是指一次風(fēng)粉混合物經(jīng)過濃縮后通過提高煤粉濃度來改善煤粉的著火及燃燒條件的旋流煤粉燃燒器。DRB型旋流燃燒器B&W公司20世紀(jì)70年代推出了二次風(fēng)雙流道均為旋流的燃燒器，即DRB型燃燒器(DualRegisterBurner，雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器)，其結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。DRB型燃燒器一次風(fēng)管外有可調(diào)的內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)管，風(fēng)管中設(shè)有2個(gè)分別控制的調(diào)風(fēng)器。內(nèi)調(diào)風(fēng)器的主要作用是促進(jìn)著火和穩(wěn)燃，外調(diào)風(fēng)器的主要作用是在火焰下游供風(fēng)以完成燃燒。圖6-4DRB型旋流燃燒器DRB型燃燒器主要通過調(diào)整內(nèi)、外二次風(fēng)的比例和旋流強(qiáng)度來調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的混合，延遲燃燒過程、降低燃燒強(qiáng)度，并在燃燒器出口造成很強(qiáng)的還原性氣氛，從而降低NOX的排放量。DRB型燃燒器主要適用于燃燒揮發(fā)分大于5％的煙煤。運(yùn)行實(shí)踐證明，采用DRB型燃燒器后，距噴口1.2m處的火焰溫度由1600℃降至1400℃，N0x排放濃度可降低39％。雙調(diào)風(fēng)燃燒器是美國(guó)B&W公司開發(fā)出的第一代低NOX旋流煤粉燃燒器，并在1971年投入商業(yè)運(yùn)行。一次風(fēng)一般為直流，一次風(fēng)管道內(nèi)裝有顆粒導(dǎo)向器和圓錐形擴(kuò)散體，用慣性分離作用將一次風(fēng)風(fēng)粉混合物分成濃、兩股氣流，一次風(fēng)管壁四周為濃煤粉氣流，一次風(fēng)管中心附近為淡煤粉氣流。二次風(fēng)分為兩部分，內(nèi)二次風(fēng)道中有軸向可動(dòng)葉片，外二次風(fēng)道中采用軸向或切向可動(dòng)葉片使內(nèi)、外二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)內(nèi)、外二次風(fēng)的比例和葉片角度，可以改變氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的混合。德國(guó)Babcock公司W(wǎng)S型雙調(diào)風(fēng)低氮燃燒器WS型雙調(diào)風(fēng)低氮燃燒器，如圖6-5所示。燃燒器的中心是中心風(fēng)管，管中可插點(diǎn)火油槍。一次風(fēng)和外二次風(fēng)是直射流，內(nèi)二次風(fēng)由葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)~片的角度可調(diào)整旋流強(qiáng)度。圖6-5WS型低NOX燃燒器WSHT-NR型低NOX燃燒器Babcock-日本IHI公司在DBR型燃燒器的基礎(chǔ)上，與1985年研制成HT-NR型低NOX燃燒器，其結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。一次風(fēng)粉氣流經(jīng)過90°彎頭進(jìn)入燃燒器一次風(fēng)管后，通過文丘里管向中心濃縮，然后經(jīng)過安裝在中心管上小角度軸向葉片，煤粉被甩向一次風(fēng)管壁附近后噴入爐膛。一次風(fēng)噴口裝有陶瓷制成的齒形穩(wěn)燃環(huán)，可使煤粉顆粒穩(wěn)定著火。內(nèi)二次風(fēng)通道內(nèi)裝有可調(diào)角度的軸向葉片。在內(nèi)二次風(fēng)道出口，排列緊密的旋流葉片圍繞著一次風(fēng)噴口。二次風(fēng)擋板和內(nèi)二次風(fēng)軸向葉片分別由兩根推拉式的拉桿控制，推拉二次風(fēng)擋板可改變內(nèi)、外二次風(fēng)風(fēng)量比例。圖6-6HT-NR型低NOX燃燒器1-齒環(huán)穩(wěn)燃器2-內(nèi)二次風(fēng)擴(kuò)口3-外二次風(fēng)徑向葉片；4-內(nèi)二次風(fēng)軸向葉片；5-一次風(fēng)葉片；6-二次風(fēng)擋板；7-文丘里管；8-一次風(fēng)管；9-看火孔；10-油槍PAX型旋流燃燒器PAX型燃燒器(PrimaryAirExchangeBurner，一次風(fēng)交換燃燒器)是B&W公司在DRB型燃燒器的基礎(chǔ)上增設(shè)了PAX裝置及分級(jí)風(fēng)管形成的，結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。圖6-7PAX型燃燒器PAX型燃燒器的原理是當(dāng)一次風(fēng)粉氣流通過燃燒器入口彎頭時(shí)，由于離心力的作用，使進(jìn)入外側(cè)主燃燒器噴嘴的煤粉約占總煤粉量的90％。其余約10％的煤粉和約50％的低溫乏氣，從一次風(fēng)管中抽出，將其作為三次風(fēng)在燃燒器周圍的三次風(fēng)口噴入爐膛。一次風(fēng)管中所剩的50％空氣與二次風(fēng)箱引入的溫度為310～371℃的熱風(fēng)混合后作為一次風(fēng)噴入爐膛。這種燃燒器的降低NOX原理仍是分級(jí)送風(fēng)。NSW型旋流燃燒器NSW型旋流燃燒器的一次風(fēng)通道內(nèi)裝有軸向葉片式分離器，利用慣性分離作用將一次風(fēng)風(fēng)粉混合物分成濃、兩股氣流，淡煤粉氣流通過一次風(fēng)內(nèi)通道，濃煤粉氣流通過一次風(fēng)外通道。兩股氣流在噴口處，通過導(dǎo)向裝置將濃煤粉氣流引向燃燒器中心附近，淡煤粉氣流引向濃煤粉氣流外側(cè)噴入爐膛，二次風(fēng)通過內(nèi)、外二次風(fēng)通道以旋流的形式進(jìn)入爐膛。運(yùn)行表明，火焰穩(wěn)定性提高。徑向濃淡旋流燃燒器哈爾濱工業(yè)大學(xué)在提出了“水平濃縮煤粉燃燒”技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了“徑向濃淡旋流煤粉燃燒”技術(shù)，這種燃燒器的結(jié)構(gòu)見圖6-8。圖6-8徑向濃淡旋流燃燒器徑向濃淡旋流燃燒器是在一次風(fēng)道中加裝了一個(gè)煤粉濃縮器，從而將一次風(fēng)、粉混合物分成煤粉濃度相差適當(dāng)?shù)膬晒蓮较驓饬??？拷行牡囊还蔀楹哿枯^多的濃煤粉氣流，它經(jīng)過濃一次風(fēng)通道噴入爐膛。另外一股為含粉量較少的淡煤粉氣流，在濃煤粉氣流外側(cè)環(huán)形通道噴入爐內(nèi)，從而形成沿半徑方向的濃煤粉、淡煤粉的著火方式。同時(shí)二次風(fēng)通道分成了兩部分，一部分二次風(fēng)以旋流的形式進(jìn)入爐內(nèi)；另一部分二次風(fēng)以直流的形式在旋流二次風(fēng)外側(cè)的環(huán)形通道進(jìn)入爐內(nèi)。這種燃燒器是將煤粉分級(jí)、空氣分級(jí)相組合的一種方式，已在燃用貧煤、煙煤的多臺(tái)鍋爐上得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)燃、低污染燃燒#?，F(xiàn)將國(guó)外幾家旋流燃燒器生產(chǎn)公司的低氮燃燒器發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外大型鍋爐燃燒器改造及使用情況匯總見表6-1。各公司低氮燃燒器的發(fā)展及應(yīng)用情況表公司名稱第一代燃燒器第二代燃燒器第三代燃燒器第四代燃燒器第五代燃燒器美國(guó)FW1976年，CF（可控流量）燃燒器，二次風(fēng)分兩層，即內(nèi)、外二次風(fēng)，有一個(gè)可滑動(dòng)的套筒擋板可控制每個(gè)燃燒器的二次風(fēng)量。北侖Ⅱ期所用的是這代的修改型，在燃燒器中間增加了中心風(fēng)。CF/SF燃燒器始于1979年，該燃燒器與第一代燃燒器的區(qū)別是噴嘴的形式不同，第二代燃燒器的噴嘴分成4個(gè)橢圓形的，即火焰為4股。1991年～1995年，對(duì)燃燒器的噴嘴形式進(jìn)行了一些改進(jìn)，即把CF/SF燃燒器4個(gè)煤粉噴嘴改為IFS燃燒器的6個(gè)煤粉噴嘴。1994年至今，PF/SF燃燒器，與第三代的主要區(qū)別為內(nèi)二次風(fēng)進(jìn)入的方式，在進(jìn)口內(nèi)、外二次風(fēng)是平行的，而不是先進(jìn)入外二次風(fēng)然后再進(jìn)入內(nèi)二次風(fēng)；第四代燃燒器煤粉進(jìn)入方式為軸向的，而不是切向的。1997年至今，VS/SF燃燒器，內(nèi)二次風(fēng)的葉片為軸向，角度固定；內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)量通過一個(gè)可軸向滑動(dòng)的內(nèi)二次風(fēng)錐形套筒進(jìn)行調(diào)節(jié)。北侖二期，改造前的江蘇利港，使用該燃燒器NOX排放濃度都在1000mg/Nm3左右。FW提供業(yè)績(jī)沒有超過300MW以上的機(jī)組，在美國(guó)的HP1（500t/h)爐其NOX排放為258mg/Nm3，NJ爐為393mg/m3。美國(guó)巴威20世紀(jì)70年代，雙調(diào)風(fēng)燃燒器，即DRB燃燒器。20世紀(jì)80年代中期，DRB-XCL燃燒器，內(nèi)、外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度可通過軸向葉片角度調(diào)節(jié)。初，DRB-4Z燃燒器，在內(nèi)二次風(fēng)與一次風(fēng)之間有一過渡區(qū)，該區(qū)域的二次風(fēng)量可調(diào)節(jié)。北侖#2爐用該燃燒器NOX的排放值在550mg/Nm3。嘉興用該燃燒器，NOX的排放值在330～460mg/Nm3。蘭溪電廠用的是該燃燒器，NOX的排放值在300mg/Nm3。美國(guó)ABT1997年ABT燃燒器開始商業(yè)運(yùn)行，其開發(fā)的Opti-Flow燃燒器專用來對(duì)原鍋爐進(jìn)行改造，該燃燒器采用雙調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，控制燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)的分配。江蘇利港電廠改造后其NOX排放濃度控制在400mg/Nm3左右。德國(guó)巴威1976年，W型二次風(fēng)為一股1978年，WS型燃燒器二次風(fēng)分內(nèi)、外二次風(fēng)，內(nèi)二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度可調(diào)。1991年，DS型燃燒器，內(nèi)、外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度都可調(diào)，且一次風(fēng)也有旋流葉片。Staudinger電廠改造前使用該型號(hào)燃燒器NOX排放濃度在500～800mg/Nm3。Staudinger電廠改造后使用該型號(hào)燃燒器NOX排放濃度在300～460mg/Nm3。英國(guó)巴威80年代中期英巴完成對(duì)MarkⅢ型燃燒器的商業(yè)運(yùn)行，該燃燒器除了一次風(fēng)和燃料，還有二次風(fēng)和三次風(fēng)，較以前英巴燃燒器在NOX排放上減少了近50%濃度。90年代中期英巴開發(fā)了MarkⅤ型低氮燃燒器，該燃燒器在Ⅲ型的基礎(chǔ)上引入了四次風(fēng)，其NOX的排放濃度可進(jìn)一步降低25%左右。香港青山電廠改造后使用該燃燒器NOX排放濃度從原來1500mg/Nm3下降到500～900mg/Nm3。表6-17.低NOX燃燒器的發(fā)展前景直流燃燒器和旋流燃燒器各有優(yōu)劣，結(jié)合我國(guó)煤種多變、煤質(zhì)下降的情況以及多年來所取得的切圓燃燒的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，直流燃燒器具有其優(yōu)越性。目前世界上比較成熟的低NOX燃燒器有：美國(guó)B&W公司的雙調(diào)風(fēng)低NOX系列燃燒器，即DRB-XCL低NOX燃燒器和DRB-4ZTM低N0x燃燒器；美國(guó)FW公司的CF/SF低NOX燃燒器；日本BHK公司的HT—NR3型燃燒器；日本三菱公司的PM低NOX燃燒器；ALSTOM公司的低NOX同軸燃燒系統(tǒng)。我國(guó)低NOX燃燒技術(shù)起步較早，主要集中在對(duì)四角切圓直流燃燒方式鍋爐燃燒器的LNB改造上。采用LNB技術(shù)，只需用低NOX燃燒器替換原來的燃燒器，燃燒系統(tǒng)和爐膛結(jié)構(gòu)不需要作任何更改，改造費(fèi)用較低，因此成為電站鍋爐降低NOX排放量的重要手段。三菱MACT低NOX燃燒系統(tǒng)如圖7-1：PM型低NOX燃燒器為主要燃燒器，集低NOX燃燒器、爐膛空氣分級(jí)、燃料分級(jí)和煙氣再循環(huán)于一體，適用于四角切向燃燒的燃燒器布置方式，可達(dá)100ppm以下。圖7-1

8題庫(kù)一、填空題1（燃燒過程中最終生成的NO濃度和燃料中氮全部轉(zhuǎn)化成NO時(shí)的濃度比）為燃料型NOX的轉(zhuǎn)化率2（燃料）型NOX是電廠鍋爐排放NOX最主要的3空氣分級(jí)燃燒的實(shí)現(xiàn)有多種形式，但主要有（軸向）和（徑向）分級(jí)燃燒兩種。4燃盡風(fēng)的種類：（緊湊型燃盡風(fēng)）、（分離燃盡風(fēng)）、（高速燃盡風(fēng)）、（旋流燃盡風(fēng)）。5（將再燃和選擇性非催化還原(SNCR)相結(jié)合，將氨水或尿素作為氮催化劑噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū)，以進(jìn)一步降低NOX），稱之為先進(jìn)再燃。6影響再燃效果的主要因素（再燃燃料的種類和特性）、（再燃燃料比和過量空氣系數(shù)）、（再燃燃料注入溫度）、（煙氣在再燃區(qū)的停留時(shí)間）。7（再燃燃料輸入熱量占鍋爐總輸入熱量的份額）為再燃燃料比。二、簡(jiǎn)答題1燃煤鍋爐排放的NOX來源有哪幾種類型？并簡(jiǎn)述每種類型的生成機(jī)理。根據(jù)NOX中的N的來源及生成途徑，燃煤鍋爐中NOX的生成機(jī)理可以分為三類：熱力型、燃料型和快速型，其中燃料型占主導(dǎo)作用。（1）熱力型NOX是參與燃燒的空氣中的N在高溫下氧化產(chǎn)生的，熱力型NOX產(chǎn)生的反應(yīng)速度要比燃燒時(shí)反應(yīng)速度慢，而且溫度對(duì)其生成起著決定性作用，因此，在鍋爐燃燒時(shí)可以通過降低火焰溫度、控制氧氣濃度以及縮短煤在高溫區(qū)的停留時(shí)間來抑制熱力型NOX的生成。（2）快速型的NOX中N的來源也是空氣中的氮，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與空氣中的N2反應(yīng)形成中間產(chǎn)物HCN、NH和N等，再進(jìn)一步氧化而形成的NO，實(shí)驗(yàn)表明這個(gè)過程只需60ms，故稱快速型NOX。（3）由燃料中的N氧化而生成的NOX稱為燃料型NOX；燃料型NOX是煤粉燃燒過程中NOX的主要來源，占總量的60%~80%；煤中絕大多數(shù)的N都是以有機(jī)N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，隨后再被氧化生成NOX；另一部分焦炭中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。2燃煤鍋爐的低NOX空氣分級(jí)燃燒燃技術(shù)的原理是什么？它通過調(diào)整燃燒器及其附近區(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)。在缺氧富燃料燃燒階段，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，從而抑制了燃料型和熱力型NOX的生成，同時(shí)由于不能完全燃燒，部分中間產(chǎn)物如HCN和NH3等會(huì)將部分已生成的NOX還原成N2，從而使燃料型NOX的排放量也有所降低。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十分有限。因此總體上NOX的排放量明顯減少。3燃料分級(jí)燃燒技術(shù)的原理是什么？在空氣分級(jí)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，為此燃料再分級(jí)燃燒技術(shù)采用的是另外一種思路，即煤粉先經(jīng)過完全燃燒，生成NOX，然后再利用燃料中的還原性物質(zhì)將其還原，從而減少NOX排放。其原理就是在燃燒器內(nèi)將燃料分級(jí)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。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，生成一定的NOX；其余燃料在再燃區(qū)送入，與主燃區(qū)生成的煙氣和未燃盡的煤粒混合，形成還原性氣氛，此處的過氧空氣系數(shù)小于1，燃料中的C、CO、烴以及部分還原性氮，將NOX還原成分子氮。最后在再燃區(qū)的上方通入過量空氣（火上風(fēng)），使總的過量空氣技術(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的生成量不大。4簡(jiǎn)述如何抑制熱力型NOX的生成？（1）降低燃燒反應(yīng)是的溫度，避開其反應(yīng)所需要的高溫環(huán)境；（2）使氧氣濃度處于較低的水平；（3）減少空氣中的氮?dú)鉂舛龋唬?）縮短熱力型NOX生成區(qū)的停留時(shí)間。一般來說，工業(yè)燃燒過程中以空氣為氧化劑時(shí)控制N2的濃度不容易實(shí)現(xiàn)，而富氧燃燒或純氧燃燒技術(shù)就是以減少N2從而減少熱力型NOX的一種方法。降低燃燒溫度在工程實(shí)踐中是通過向火焰面噴射水/水蒸氣來實(shí)現(xiàn)的。降低氧濃度可以通過煙氣循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既可以降低氧濃度，同時(shí)可以降低火焰的溫度。此外分級(jí)燃燒和濃淡燃燒技術(shù)也可以控制熱力型NOX。5簡(jiǎn)述空氣分級(jí)燃燒的基本原理?？諝夥旨?jí)燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入，使第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)在0.8左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOX的生成。同時(shí)，燃燒生成的CO與NO進(jìn)行還原反應(yīng)，以及燃料N分解成中間產(chǎn)物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作用或與NO還原分解，抑制了燃料型NOX的生成；在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)，將燃燒用的空氣的剩余部分以二次空氣輸入，成為富氧燃燒區(qū)。由于此區(qū)域溫度已降低，新生成的NOX量有限，因此，總體上NOX的排放量少，最終空氣分級(jí)燃燒可使NOX生成量降低30％～50％。6簡(jiǎn)述燃料再燃的原理。燃料再燃又稱為燃料分級(jí)或爐內(nèi)還原技術(shù)，它是降低NOX排放的諸多爐內(nèi)方法中最有效的措施之一。NOX在遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí)會(huì)發(fā)生NOX的還原反應(yīng)。利用這一原理，把爐膛高度自下而上依次分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。燃料分級(jí)送入爐膛，將80％～85％的主燃料噴入主燃區(qū)，在過量空氣系數(shù)α＞1的條件下燃燒生成NOX；將15％～20％的再燃燃料在主燃區(qū)上部的合適位置噴入再燃區(qū)，在α＜1的條件下形成較強(qiáng)的還原性氣氛。再燃區(qū)不僅能還原已經(jīng)生成的NOX，同時(shí)可以抑制新的NOX的生成，進(jìn)一步降低NOX的排放。配合再燃區(qū)上面布置的燃盡風(fēng)(OFA)可以形成第三級(jí)燃燒區(qū)，以使再燃區(qū)生成的未完全燃燒產(chǎn)物燃盡。精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔《中小企業(yè)管理全能版》183套講座+89700份資料/Shop/40.shtml《總經(jīng)理、高層管理》49套講座+16388份資料/Shop/38.shtml《中層管理學(xué)院》46套講座+6020份資料

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