低氮燃烧技术及研究进展论文

据我国环保十二规划的要求，氮氧化物列入了大气污染物总量控制的指标。人们在关注氮氧化物的治理，考生也经常问各种氮氧化物的治理措施原理。SCR脱硝和SNCR脱硝的原理在教材中介绍较多，这里不说了。但对“低氮燃烧技术”在环评工程师技术方法教材中介绍很少，为了考试，对这种方法我认为还是要有所了解。说实话，我不是这方面的专家，在这里只能拾人牙慧了。低氮燃烧技术一直是应用最广泛、经济实用的措施。它是通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低NOx的形成，具体来说，是通过调节燃烧温度、烟气中的氧的浓度、烟气在高温区的停留时间等方法来抑制NOx的生成或破坏已生成的NOx。低氮燃烧技术的方法很多，这里用通俗的文字介绍二种常用的方法。（1）排烟再循环法利用一部分温度较低的烟气返回燃烧区，含氧量较低，从而降低燃烧区的温度和氧浓度，从而抑制氮氧化物的生成，此法对温度型NOx比较有效，对燃烧型NOx基本上没有效果。（2）二段燃烧法该法是目前应用最广泛的分段燃烧技术，将燃料的燃烧过程分阶段来完成。第一阶段燃烧中，只将总燃烧空气量的70%—75%（理论空气量的80%）供入炉膛，使燃料在先在缺氧的富燃料条件下燃烧，由于富燃料缺，该区的燃料只能部分燃烧（含氧量不足），降低了燃烧区内的烘烘速度和温度水平，能抑制NOx的生成；第二阶段通过足量的空气，使剩余燃料燃尽，此段中氧气过量，但温度低，生成的NOx也较少。

低氮燃烧器，可以理解为发动机、锅炉或动力源。其是一种源头减少排放的办法。原理是通过调节燃烧空气和燃烧头，可以获得最佳的燃烧参数。

根据降低NOx的燃烧技术，低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类：

1．阶段燃烧器

根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器，使燃料与空气分段混合燃烧，由于燃烧偏离理论当量比，故可降低NOx的生成。

2．自身再循环燃烧器

一种是利用助燃空气的压头，把部分燃烧烟气吸回，进入燃烧器，与空气混合燃烧。由于烟气再循环，燃烧烟气的热容量大，燃烧温度降低，NOx减少。

另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环，并加入燃烧过程，此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

3．浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，因而NOx都很低，这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

4．分割火焰型燃烧器

其原理是把一个火焰分成数个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，使“热反应NO”有所下降。此外，火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间，对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。

5．混合促进型燃烧器

烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一，改善燃烧与空气的混合，能够使火焰面的厚度减薄，在燃烧负荷不变的情况下，烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短，因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

6．低NOx预燃室燃烧器

预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术，预燃室一般由一次风（或二次风）和燃料喷射系统等组成，燃料和一次风快速混合，在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物，由于缺氧，只是部分燃料进行燃烧，燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分，因此减少了NOx的生成。

下面以典型的300MW四角切圆燃烧锅炉为例介绍基于分级燃烧技术的CEE低氮燃烧技术：首先，采用在各煤粉管道中布置的的旋风分离器对一次风煤粉进行浓淡分离，两个浓浓、淡淡的一次风煤粉进入一个一次风室，构成一个一室两层的煤粉燃烧器。从下往上，一次风煤粉喷嘴依次为：两室四层浓浓一次风、一层浓淡一次风、两层淡淡一次风。第二，将燃烧区域分成上下三个区域，下部为由两层四室浓一次风构成的主燃烧稳燃区，中部为两层四室的淡一次风构成的NOx还原区，顶部为由在主燃烧区上部布置的两层分离SOFA构成的燃尽区。第三，在炉膛燃烧区域的水平截面，一次风喷嘴射流反切，在每层浓一次风喷嘴上部布置一层刚性的偏置二次风，这样构成了在炉膛中央的高浓度煤粉、高温、低氧的主燃烧区，在炉膛壁面附近构成了低煤粉浓度、低温、高过量空气系数的氧化区；同时SOFA燃尽风喷嘴反切，并可水平、上下摆动，调节炉膛出口火焰温度和避免炉膛出口两侧烟温偏差。第四，一次风煤粉燃烧器采用齿形低NOx煤粉喷嘴。该结构类似于WR宽调节比燃烧器，但采用了本公司的摆动配合结构，减少了煤粉喷嘴的周界风设计，而在煤粉喷嘴上下两侧各增加了一层二次风。第五，在最下层的浓一次风和淡一次风燃烧器布置小油点火装置，以保证冷热态锅炉启动的少油点火启动，以及实现锅炉非正常的超低负荷（低于的30%MCR）的节油稳燃。它包含了两大核心技术特点：（一）、纵向空间的三区分布在距主燃烧器区顶部约3米以上，布布置了3~4层SOFA燃尽风，约占总风量的25%左右，它首先保证了主燃烧器区与高位燃尽风之间有足够的还原高度，是降低燃料型及热力型NOx的主要手段；同时，所有燃尽风喷口均设计为可上下左右摆动喷口，实现按需靶向送风及调整锅炉出口烟温偏差。将主燃烧区分成上下两个浓淡燃烧空间，对于300MW锅炉的五层煤粉燃烧器，下部布置两室四层的浓一次风煤粉低NOx齿形燃烧器，中间为第三室的浓淡上下分离低NOx齿形煤粉燃烧器，上部为两室四层的淡一次风煤粉低NOx齿形燃烧器，上下四室八层的浓、淡煤粉喷嘴都可以分层独立调节。一次风煤粉全部采用公司开发的管道型高效低阻力旋风分离器，分离后浓淡比为8：2（质量浓度比），阻力约200Pa左右。这样在主燃烧区域，构成的下部四层浓煤粉燃烧器组成具有高着火稳燃特性的主燃烧区，保证占锅炉80%左右的煤粉的下部整体集中布置，对着火燃尽有利，运行时通过调整可以适当降低此区域的过量空气系数，此区域炉温达到较高水平，在缺氧的状态下，NOx还原物大量析出，进入主燃烧区上部，还原已生成的NOx，运行时此区域过量空气系数在左右，保证锅炉炉膛主燃烧区足够高的温度水平。该技术在炉膛纵向空间上构成了大空间尺度的燃料上下浓淡分级燃烧、空气分级燃烧特性，对于降低煤粉燃烧的燃料型NOx形成和热力型NOx形成具有极其明显的效果。（二）、燃烧区域水平截面的两区分布在主燃烧区域，本技术将所有浓、淡一次风射流采用反切布置，同时在两层一次风之间，布置一层刚性偏置二次风射流，其余主燃烧器二次风维持原切圆射流角度不变。该设计，在炉膛水平截面上形成了特性截然不同的中心区与近壁区燃烧空间分布。浓、淡一次风反切使一次风煤粉气流逆向冲进上游来的高温烟气，使煤粉在此区域着火燃烧，对稳燃及燃尽相当有利。有利于在炉膛主燃烧器区域组织一个高煤粉浓度、高温、低氧的燃烧核心区。同时，在较低的过量空气系数下，燃料型NOx的生成会得到有效抑制，较低的燃烧温度可在根本上抑制温度型NOx的产生，从而达到炉内燃烧低NOx的目标。

低氮燃烧是氮氧化物的生成是燃烧反应的一部份：燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。