低NOX燃烧技术简介

发布时间：2023-11-03 21:56:25| 来源：乐鱼平台登录

  【摘要】低NOX燃烧技术在我国电站的使用愈来愈普遍。本文介绍了低NOX燃烧技术的有关问题，同时，探讨了低NOX怎么样产生，并对我国电站如何利用低NOX燃烧技术做出了具体的分析。

  低NOX燃烧技术是一种将NOX气体排放到最低的先进的燃烧技术，跟着社会的发展，节能环保的要求，这种先进的燃烧技术获得了很好的利用。进一步的研究低NOX燃烧技术将能够为中国工业锅炉以及其他燃烧过程提供必要的技术支持。

  在锅炉燃烧过程中，主要是通过两种形式生成NOx，即热力型NOx和燃料型NOx。热力型NOx是空气中的氮在高温下氧化产生的，炉膛温度高于1500℃时才生成大量的NOx。固态排渣煤粉炉炉膛温度一般低于1500℃，煤粉燃烧产生的NOx中热力型NOx所占份额不大，正常的情况下，热力型NOx只占NOx总生成量的10～20%，其余80～90%为燃料型NOx。

  燃料型NOx是燃料中含氮有机物在燃烧过程中热裂解产生的N、CN、HCN、NHi等中间产物基团氧化生成的。由于燃料中热裂解温度不高于锅炉燃烧温度（600～800℃发生热裂解），燃料型NOx的生成比分解空气中的N2分子并重新结合成NOx所需的温度低得多。热裂解出来的含氮基团紧接着会和O、O2、OH等反应生成燃料型的NOx。在缺氧条件下则会和NO反应生成N2，生成的N2只要温度不太高一般不会和氧反应生成NOx。因此燃料裂解出含氮基团后，火焰中是否有富余的氧是能否生成NOx的一个重要因素。

  降低氧浓度有助于控制 NOx生成，同时对于降低锅炉的排烟热损失、提高锅炉热效率也非常有利。对于每台锅炉，过量空气系数对 NOx的影响程度不同，因而在采用低氧燃烧后，NOx降低的程度也不可能相同，应通过试验来确定低氧燃烧的效果。实现低氧燃烧，必须准确控制各燃烧器的燃料与空气的分配，并使炉内燃料和空气平衡。对于燃油炉，尤其应选用性能好的雾化器和调风器，保证燃料与空气混合良好，而且各燃烧器之间的空气分配也要均匀。

  部分废气和燃烧用空气混合后再进行燃烧，可降低最高火焰温度和O2浓度。烟气再循环法是将工艺过程中的部分燃烧生成物（相当于正常燃烧空气体积的 15%～30%）由一次燃烧喷嘴再次吹入炉内的燃烧方法。因烟道气比外部的氧分压低，因此限制了 NOx的生成量。特别是质量流量增大，降低了火焰温度，使烟道气中NOx排放量减少了 50%左右。

  燃料稀薄燃烧的燃烧器和燃料过浓燃烧的燃烧器互相配置交替使用。前面一个燃烧器部分未燃成分，在另一个燃烧器高空气比中继续混合燃烧，但最终燃料和空气的燃烧比例相平衡，以降低燃烧速度。NOx生成值与空气比有关。当空气比接近 1 时，NOx值接近顶峰；空气比在 1 以下时，由于O2浓度低下，燃烧缓慢，能抑制 NOx的生成；当空气比在 1.5 以上时，由于燃烧温度低下，也能抑制 NOx生成。

  由于水的蒸发潜热和水蒸汽的显热上升，会使火焰温度降低；另一方面，把惰性气体供给燃烧系统，会抑制燃烧反应，使燃烧变慢。火焰温度也随之降低。大多数都用在液体燃料。

  把一个大火焰分割成几个小火焰，或把它变成膜状火焰，使火焰的热损失变大，从而抑制火焰温度上升。

  燃烧所用空气分两段供给燃烧系统。第一阶段供给燃烧所需理论空气量的 40%～80%，使O2浓度偏低抑制NO的生成，而由此产生的不完全燃烧生成物，由供给的二次空气完全燃烧。对燃烧系统来说，在适当的空气比下，达到了完全燃烧，但却控制了火焰温度的上升，进而控制了热力型NOx及燃料型 NOx的生成。空气分级燃烧的基础原理是将煤粉燃烧过程分成两个阶段（主燃区和燃尽区）进行。将燃烧用风分两次喷入炉膛，减少煤粉燃烧区域的空气量，使煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，以降低燃料型 NOx的生成。缺氧燃烧后的煤粉气流借助接下来喷入的燃尽风得以进一步燃尽。实行空气分级燃烧后，煤粉在缺氧富燃烧区的温度有很大提高，煤粉气流易于着火，如能适时补充燃烧所需空气，煤粉气流的燃烧就会迅猛发展，达到很高的燃烧强度。

  我国燃煤电厂在氮氧化物排放控制方面起步相对较晚，国家排放标准于1997年1月才对新建大型燃煤电厂NOX排放提出限值要求。国内目前的低NOX燃烧技术主要有低过量空气系数、空气分级燃烧、煤粉浓淡燃烧技术及三次风细粉再燃技术。在燃用烟煤、褐煤的300 MW机组在采用降低NOX措施后，其NOX排放量为460 mg/Nm3～800 mg/Nm，基本上可达到国家标准，其中吴泾电厂11号600 MW机组四角同心反切燃烧锅炉，由于在设计中采用了诸如低氧燃烧、空气分级燃烧和低NOX燃烧器技术，NOX排放量之低，已达到国际排放领先水平。但燃用低挥发份无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远不能够达到国家标准，燃用贫煤锅炉的NOX排放量为750 mg/Nm3～1000 mg/Nm3。

  空气分级燃烧是目前使用最为普遍的低NOX燃烧技术。我国自20世纪80年代引进美国CE公司技术的生产300MW、600MW机组锅炉以来，均利用CE公司研制出的顶部带有燃尽风（OFA）喷嘴的低NOX燃烧技术（包括紧凑和分离强化型布置），通过调整整组燃烧器顶部加装的燃尽风喷嘴，使主燃烧区二次风流量减小，使煤粉气流在炉内垂直方向形成空气分级燃烧，由此减少NOX排放和降低飞灰损失。

  此外，部分四角切圆燃烧锅炉采用一、二次风不同切角布置技术（包括一次风反吹系流、二次风采用较大切角布置等）使二次风偏离燃烧器喷口处的煤粉气流，延缓了一次风煤粉气流与辅助风的前期混合，炉内水平方向也形成空气分级燃烧，从而有效地降低了NOX排放。

  大多数低NOX燃烧器是根据分级燃烧技术降低NOX排放的原理设计的。国内外的大量研究表明，煤粉气流的浓淡燃烧不但可以提高其着火和燃烧稳定性，在保证较高燃烧效率的前提下，还能够更好的降低NOX排放量。浓煤粉气流是富燃料燃烧，由于着火稳定性得到一定的改善，使挥发份析出速度加快，使已生成的NOX与HCN、NHI反应生成氮气，降低NOX排放。

  由于一次风管中的煤粉浓度受到气力输送的影响而不可能有很大改变，浓淡燃烧器采用浓缩装置将一次风煤粉气流分成浓淡两股应用于锅炉设计和改造中，如FW公司的旋风分离式燃烧器、CE公司的WR燃烧器以及三菱公司的PM燃烧器，及浙江大学、西安交通大学和哈尔滨工业大学先后开发的煤粉浓淡燃烧器（采用楔块、弯头、扭曲板和百叶窗分离等方法）。

  继三菱公司PM型低NOX燃烧器利用垂直转水平弯头将一次风分为上、下浓淡2股来实现稳燃和低NOX燃烧后，我国自主开发的浓淡低NOX燃烧器不但可以实现上下浓淡燃烧，还能轻松实现水平浓淡燃烧，在降低NOX排放的同时，还有效地解决炉内水冷壁结渣、高温腐蚀等运行问题。

  在煤的燃烧过程中，NOx的生成有三种途径，即热力型N0x，快速型N0x和燃料型N0x。热力型N0x是高温下空气中的氮气和氧气反应生成的，当温度不高于1300℃时，NOx的生成量很少；在温度高于1300℃时，NOx的生成量才逐渐增多。快速型NOx也是由空气中的氮生成的，在燃料富集区通过煤燃烧时碳氢化合物分解产生的CH1等自由基与氮气反应生成氰化物．氰化物进而被氧化生成NOx，快速型NOx通常不到NOx生成总量的5％。燃料型NOx是燃料中的氮经氧化生成的．燃料氮又可分为在煤燃烧时随挥发分析出的挥发分氮和残留在焦炭上的焦炭氮。对于中小型燃煤锅炉,燃烧温度比较低，形成的NOx主要是燃料型N0x。

  从目前国内的情况去看，国内很多的燃煤电站使用了低NOX燃烧技术之后，NOX排放标准已经可完全达到国家要求的水平了。由此可见，低NOX燃烧技术对于我国环保具有很大的帮助，要进一步的深入研究和分析，提高其利用率。

  [1]毕玉.低氮氧化物燃烧技术的发展状况[J].热力发电，2000，2：1-9.

  [3] 成玉琪,俞珠峰,吴立新,等.中国洁净煤技术发展现欹及发展思路[A].第二届洁净煤技术国际研讨会论文集[C].北京:煤炭工业出版社,2010.