第三章 煤粉炉低氮氧化物燃烧技术
第3章 低NOx燃烧技术2 (张巍)
第3章低NOx燃烧技术第6节低NOx燃烧器及其燃烧系统第7节低NOx炉膛设计与运行第1节低NOx燃烧器及其燃烧系统1.阶段燃烧型2.混合促进型3.分股火焰型4.自身烟气再循环型低NOx燃烧器1.阶段燃烧型（1）阶段型燃烧器工作原理采用空气分级(内部分级或外部分级)以延缓燃料与空气的混合，使煤粉气流与“二次风”气流的混合燃烧分为两个区域进行。
在一次燃烧区内，煤秘气流在缺氧(过剩空气系数α1=0.7~0.75)工况下进行着火燃烧，一次燃烧区内的CO及末燃尽的煤粉(焦炭)与剩下的燃烧空气(分级二次风)在二次燃烧区内混合、燃尽。
内部二次风道：装有旋流叶片，在旋流二次风作用下，燃烧器出口形成烟气回流，有利于煤粉着火。
外部二次风道：通直流风〔有的称为三次风)，使煤粉燃尽，并且在炉壁上形成氧化性气氛，防止沪壁结渣与腐蚀。
旋流叶片烟气回流结构（2）分级燃烧器①内部空气分级混合旋流燃烧器改变直流二次风率大小：可以改变燃烧器出口气流的综合旋流强度以及燃料与空气的混合强度，因而控制了NOx生成量。
调节直流二次风率混合T燃-空出口富燃区与直流二次风混合燃尽试验表明，这种燃烧器比常规旋流燃烧器降低NOx达45％左右。
美国日本②拔伯葛内部空气分级混合旋流燃烧器周围冷空气或循环烟气15~30%30~45%45~60%降低NOx 约39%拔伯葛公司燃烧器有三个同心的环形喷口(中心一次风喷口和内外层双调风器喷口)，它所供给的风员约占理论空气量的70%。
此外，在燃烧器的周围布置几个外二次风(又称三次风)喷口。
所送入的风量要维持炉内过剩空气系数为1.2左右，以保证煤粉燃尽。
③外部空气分级混合旋流燃烧器美国能源和环境研究所(EER)内、外空气混合燃烧器的比较外部空气分级混合燃烧器的分级更明显了，燃料N 热解析出的氮化合物经过较长的时间而转变成N 2，加上火馅向炉壁的辐射放热使温度峰④多股火焰燃烧器采用双调风器，用多孔均风板来改善与均匀二次风的分配。
低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的工程应用效果评估
低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的工程应用效果评估煤粉锅炉作为一种常见的工业锅炉，在工业生产中扮演着重要的角色。
然而，煤粉锅炉的燃烧过程中产生的氮氧化物排放对环境和人体健康造成了严重的影响。
因此，低氮燃烧技术的应用成为减少氮氧化物排放的重要途径之一。
本文将对低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的工程应用效果进行评估。
一、低氮燃烧技术原理低氮燃烧技术通过优化燃烧过程，减少燃烧温度和燃料中的氮氧化物生成量，从而降低氮氧化物排放。
其原理主要包括控制燃烧温度、调整燃料配比、增加燃烧器混合风量等措施。
二、工程应用效果评估1. 排放标准达标情况评估低氮燃烧技术的应用使得煤粉锅炉的氮氧化物排放得到有效控制，使其排放水平符合国家相关的环保标准要求。
经过工程实践验证，燃烧后废气中的氮氧化物排放浓度显著降低，达到了环保排放标准。
2. 燃烧效率评估低氮燃烧技术的应用对煤粉锅炉的燃烧效率也有一定影响。
在实际工程中，通过合理调整燃料配比、控制燃烧温度等手段，不仅能够降低氮氧化物排放，还可以提高燃烧效率，达到节能减排的双重目的。
3. 经济性评估虽然低氮燃烧技术的应用可能会增加一定的设备和运行成本，但从长远来看，通过减少环境治理成本、提高能源利用效率等方面的好处，其经济效益是可观的。
综合考虑成本和收益，低氮燃烧技术在工程应用中具有较高的经济性。
4. 技术可行性评估通过工程实践验证，低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的应用效果良好，技术可行性高。
同时，随着技术的不断进步和成熟，低氮燃烧技术在未来的工程应用中将会得到进一步推广和应用。
三、总结综上所述，低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的工程应用效果得到了良好的评估。
其通过控制燃烧过程、降低氮氧化物排放、提高燃烧效率等手段，既满足了环保排放要求，又具有一定的经济性和技术可行性。
随着环保意识的不断提高和技术的不断进步，低氮燃烧技术将在工业生产中发挥越来越重要的作用。
低氮燃烧技术原理
低氮燃烧技术原理
低氮燃烧技术，是指在燃烧过程中将NOx的产生控制在一定范围内的一种技术。
对于燃煤锅炉，低氮燃烧主要是指减少燃料中的氮化合物的生成量。
燃烧过程中，生成的NOx有两种形态：一种是NOX，一种是氮氧化物。
当燃烧器中的空气过剩系数与燃料种类、负荷、煤种等因素相匹配时，NOX就会很低；当燃烧过程中存在高温区时，温度较高时，燃料中氮化合物被氧化成氮氧化氮，这样NOX就会急剧升高；当燃烧过程中存在还原性气氛时，燃料中的氮氧化合物被还原成氮气；当燃烧器结构设计不合理，空气过剩系数过大或燃料种类与负荷不匹配时，燃烧器中的氧气过量系数过小，这时燃烧反应生成的氮氧会以NOX形式向空气中逃逸。
为减少NOX排放，国内外均采用降低燃料氮化合物生成量的方法来控制锅炉的NOx排放。
主要措施是优化燃烧过程、改进空气系统及改善燃烧条件等。
1.合理选择燃料及负荷
合理选择燃料是控制锅炉NOx生成量的有效途径。
—— 1 —1 —。
低NOx煤粉燃烧技术
因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性 气氛中降低了生成NOx的反应率,抑制了 NOx在这一燃烧中的生成量.为了完成全部 燃烧过程,完全燃烧所需的其余空气则通过 布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA （over fire air）――称为"燃尽风（火上风） "喷口送入炉膛,与第一级燃烧区在"贫氧燃 烧"条件下所产生的烟气混合,在α＞1的条 件下完成全部燃烧过程.由于整个燃烧过程 所需空气是分两级供入炉内,故称为空气分 级燃烧法.
燃料分级燃烧
利用这一原理,将80-85%的燃料送入第一级燃烧 区,在α>1条件下,燃烧并生成NOx.送入一级燃烧 区的燃料称为一次燃料,其余15-20%的燃料则在 主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α<1的条件下， 形成很强的还原性氛围，使得在一级燃烧区生成 的NOx在二级燃烧区内被还原成氮原子，二级燃 烧区又称为再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称 为二次燃料或者再燃燃料。在再燃区中不仅使得 已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生 成，可使NOx的排放浓度进一步降低。
目前，国内外控制NOx排放的技术措施主要 有两大类： 采用低NOx的燃烧技术，通过改变燃烧过 程来有效地控制NOx的生成。 尾部烟道脱硝处理。使用选择性催化还原 （SCR）和选择性非催化还原（SNCR） 两种方式对烟道气进行处理。
低NOx煤粉燃烧技术目前主要有以下几种 1）低过量空气燃烧 2）空气分级燃烧 3）燃料分级燃烧 4）烟气再循环 5）低NOx燃烧器
燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃 烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO的还 原反应,反应式为： 4NO+CH4 =2N2+CO2+2H2O 2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2 =N2+2nCO2+mH2O 2NO+2CO =N2+2CO2 2NO+2C =N2+2CO 2NO+2H2 = N2+2H2O
低氮燃烧技术在煤粉锅炉上的应用研究
一
热力 型 ＮＯ ｘ指的是空气 中的氮在 １ ５ ０ ０ ℃以上高温时与氧 气反 应生成 的 Ｎ Ｏ ｘ ，这种反应 遵循阿 累尼乌斯 定律 ，ＮＯ ｘ的 生成 速度 与温 度 的升高成 正 比例 ，而 在温度低 于 １ ５ ０ ０ ℃时， ＮＯｘ 基 本不会 产生氧化 反应 。 燃料 型 Ｎ Ｏｘ指 的是燃 料 自身 所 固有 的氮化合物 通过燃烧 在６ ０ ０ ． ８ ０ ０ ℃时产生的形态，燃料型 Ｎ Ｏ ｘ的生成很 大程度上 与 燃料 的特性 、结构 以及燃烧 的条件 有密切 关系，燃料 型 ＮＯ ｘ 比热力型 Ｎ Ｏｘ更加容易形成。 瞬态 型 Ｎ Ｏｘ指 的是氮分子在 碳氢化 合物 的影响下 ，转化 形成的 Ｎ Ｏｘ ，它所 占的分量微乎其微 ，一般不作为研 究对象 。 ２ 氮氧化物形成机理与控制原理 Ｎ Ｏｘ的控 制分 为三部 分，燃烧 前控 制、燃烧 中控 制和燃 烧后控制 ，但是 由于燃烧前控制难度较大基本 上仅 处于研究阶 段， 并没有实际 的应用，所以业界基本上将燃烧前 的控制排 除， 仅保 留两部分即燃烧中控制和燃 烧后控制 。 通过对 ＮＯ ｘ生成机理 的分析能够得 出抑制燃烧 中 ＮＯ ｘ生 成 的技术主要应 当集 中在 以下几个方面，控制燃烧 区的温度 ， 降低氧的浓度 ，缩短燃料在高温区的时间 。燃烧后脱硝主要方 法是 Ｓ Ｃ Ｒ技 术、Ｓ ＮＣ Ｒ技术 以及 Ｓ Ｃ Ｒ － Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ混合技 术。本 文 将抑制燃烧 中 Ｎ Ｏｘ生成的技术作为研究重点。 ２ ． １改进低氮燃烧技术 在对燃烧产生 的氮氧化物控制进行控制 的时候 ，国外一些 比较发达 的国家主要采取 以下几种技术措施来降低 氮氧化合物 的排放 。第一种控制措施就是对燃烧 技术进行改进 ，改进之后 的燃烧技术不仅有烟气 再循 环系统， 同时还有浓淡再燃烧过程 。 利用这种技术措施不仅能够使得氮氧化合物的燃烧 能够 更加 的 充分 ，与此 同时还能将氮氧化物的排放量降到最低 ；第 二种 降 低氮氧化合物排放的控制措施就是利用分级氮 氧化物 的燃烧器 来完成的 ， 这种燃烧技术的主要 目的是降低燃烧器 中氧 的浓度 ， 这样就能使得在煤粉炉 的燃烧器燃烧 的时候降低氮氧化物 的产 生 。还有一种技术措施就是对燃烧形成的氮氧 化物进行还 原， 利用这种技术能够将煤粉锅炉燃烧产生的一些氮氧化物 进行 还 原 ，从而尽可能的减小对氮氧化合物的排放。利用 这种技术 ， 可 以使燃煤 中氮氧化物 的形 成量降低 到 ３ ５ ０ ｍｇ ／ ｍ３ ，从而能够
论低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的应用分析
论低氮燃烧技术在煤粉锅炉中的应用分析摘要：近年来，我国改革步伐越来越快，也促进了我国经济的快速发展。
但在经济发展过程中，对不同能源的需求也在不断增加，就工业发展而言，我国火力发电厂越来越多，这也导致了工业生产过程中氮氧化物排放量居高不下，排放量不减反增，对于火力发电厂燃煤加热器的整个燃烧过程，为了确保合理控制氮氧化物排放，低氮燃烧技术是一个非常重要的环节，它能在很大程度上有效地保护生态环境，有助于经济的可持续发展。
分析了影响氮氧化物产生的主要原因，提出了低氮燃烧技术的具体实施方案，并与相关技术进行了比较。
关键词：低氮技术；粉煤锅炉；环境中国的经济水平正在迅速提高，同时也在增加对能源的需求。
氮氧化物排放量也随着能源利用和消费的增加而显著增加，氮氧化物对生态环境有着重要影响。
它在很大程度上消耗了地球大气中的臭氧层。
它不仅破坏了整个生态环境，还影响着人们的身心健康；就我国而言，大量氮氧化物的排放是由燃煤引起的，最大的用煤是火力发电站。
电力行业是中国目前第一个氮氧化物排放行业。
由于经济的发展，我国对电力的需求不断增加，电力行业的氮氧化物排放也占我国氮氧化物排放总量的很大比例。
改革开放后，中国经济取得了快速发展，工业也取得了长足进步，同时建设了越来越多的火力发电站。
低氮燃烧是控制氮氧化物排放的重要技术，对改善环境质量、促进经济可持续发展具有重要作用。
本文主要研究了氮氧化物的产生和控制技术，探讨了氮氧化物转化的思路和内容，并对中国燃煤锅炉低氮燃烧技术的进一步发展提出了建议。
因此，火电厂必须严格控制生产过程中氮氧化物的排放，通过各种技术降低对环境和人的危害。
一、燃烧过程中没有格式化机制火力发电厂燃煤锅炉使用的燃料是产生大量氮氧化物的煤，包括氮氧化物、二氧化氮和氮氧化物，其中氮氧化物的比例高于9%，约为5-10%氮氧化物的比例相对较低，只有1%左右，因此，在排放控制中，二氧化氮和氮氧化物是重点控制对象，粉煤燃烧过程中形成了三种氮氧化物：一是速度型氮氧化物，二是热型氮氧化物，三是燃烧型氮氧化物，这三种类型中，所谓的热型氮氧化物，是从火力发电厂煤粉锅炉中的氮气中特别获得的，随后会产生热氮氧化物，而转速氮氧化物主要是由于燃料中形成高碳和高氯团簇以及空气中的氮气反应；燃烧不会，氮氧化合物在燃烧过程中的热降解，因此燃烧过程是产生氮氧化物的来源，而氮氧化物的产生量、具体的燃烧条件和燃烧方式是密不可分的。
煤粉炉氮氧化物排放控制技术
使燃烧过程 同时达 到空气分级 和燃 料分 级的效果 ， 最大 限度地抑 《 火电厂大气污染 物排放标准｝ （ Ｇ Ｂ １ ３ ２ ２ ３ — ２ ０ １ １ ） 规定 ， 火 电厂 制炉膛 内 Ｎ Ｏ ｘ 生成量 ，使 锅炉既能达到充分燃烧 ，又能达 到低 烟气 中氮氧化物排 放浓度 限值为 １ ０ ０ ｍ ￣ ｍ。 。 降低 氮氧化物排放浓 Ｎ Ｏ ｘ 排放水平 。 目前 ， 主要 的低氮燃烧器有空气分级低氮旋流燃
态， 在初始燃烧 区形成的 Ｎ Ｏ ｘ 将在该 区域还原生成氮气 ， 以达 到 降低 Ｎ Ｏ ｘ总体产生量的 目的。当然 ， 为了保证 锅炉 内燃料完全燃 烧， 炉膛 内还 设 置 燃 尽 风 喷 口 ， 以保 证 二 次 燃 料 的彻 底 燃 烧 。 ２ ． ２ ． ２ 低 氮 燃 烧 器 燃烧器是炉膛一个重要组成部分 ， 燃料和空气主要都是通过 燃 烧 器 喷 入 炉 膛 进 行 燃烧 的 。根 据 Ｎ Ｏ ｘ 产 生 机 理 以及 控 制 途 径 ， 可 以通 过 合 理 设 计 燃 烧 器 结构 ，使 风煤 比 例 达 到 合 理 空 问 分 配 ，
度， 主要 通 过 炉 内燃 烧 控 制 及 炉 外 烟气 脱 硝 来 实 现 。目前 ， 我 国对 烧 器 、 空气 ／ 燃 料 分 级 低 氮燃 烧 器 和角 置 直 流 低 氮 燃 烧 器 。 于 煤 粉 发 电锅 炉 ， 最 普 遍 的 技 术 路 线 是 采 用 低 氮 燃 烧 技 术 和 烟 气 Ｓ Ｃ Ｒ） 脱硝 相结 合 的方 式 ，烟气脱 硝 主要 是采 用 选择 性催 化 还 原法 ３烟 气脱硝 一 选择性 催化 还原 法 （ （ Ｓ Ｃ Ｒ） 。 ３ ． １ Ｓ Ｃ Ｒ 法 脱 硝 原 理
４ ＮＨ３ ＋ ２ ＮＯ２ ＋ ０２ ＝ ３ Ｎ２ ＋ ６ Ｈ２ ０（ ２ ）
浅析燃煤锅炉低氮燃烧技术
浅析燃煤锅炉低氮燃烧技术一、低氮燃烧技术的原理低氮燃烧技术是通过改变燃烧过程中的空气分布和燃料燃烧方式来降低氮氧化物的排放。
具体措施包括控制燃烧温度、降低燃烧过程中的氧浓度、提高燃烧效率等。
通过这些技术手段，可以有效地降低燃煤锅炉的氮氧化物排放，改善空气质量，保护环境。
1.控制燃烧温度燃煤锅炉的燃烧温度是影响氮氧化物生成的重要因素之一。
在炉膛内部，煤粉在高温下与空气发生燃烧反应，从而产生大量的氮氧化物。
通过控制燃烧温度，可以有效地减少氮氧化物的生成。
目前常用的方法是采用水冷壁、喷嘴冷却等技术来降低燃烧温度，从而达到低氮燃烧的目的。
2.降低燃烧过程中的氧浓度燃煤锅炉燃烧过程中，如果氧浓度过高，会导致氮氧化物的生成增加。
降低燃烧过程中的氧浓度是实现低氮燃烧的关键之一。
目前采用的主要措施是通过优化炉膛结构和燃烧系统，控制炉膛内部氧气的分布，从而降低氧浓度，减少氮氧化物的生成。
3.提高燃烧效率燃煤锅炉的燃烧效率与氮氧化物的排放密切相关。
燃烧效率低意味着煤炭燃烧不完全，从而产生大量的氮氧化物。
提高燃烧效率也是降低氮氧化物排放的重要手段之一。
目前，通过优化燃烧系统，改善燃烧条件，提高燃烧效率已成为低氮燃烧的常用方法。
随着环境保护意识的增强，低氮燃烧技术在燃煤锅炉中得到了广泛的应用。
目前，我国已经在工业领域、电力行业、热力供热等领域推广应用了低氮燃烧技术，取得了明显的减排效果。
在燃煤电厂中，采用低氮燃烧技术可以有效降低氮氧化物排放，改善空气质量，保护环境。
在工业炉燃烧过程中，低氮燃烧技术也得到了广泛应用，取得了良好的减排效果。
随着技术的不断进步，低氮燃烧技术也在取得创新性的发展。
采用超低氮燃烧技术、深度燃烧技术等，进一步降低氮氧化物排放，提高能源利用效率。
新型的低氮燃烧设备也在不断推出，如低氮燃烧器、低氮燃烧泵等，为燃煤锅炉的低氮燃烧提供了更多的选择。
1.技术创新随着环保要求的不断提高，低氮燃烧技术的研发和创新将成为未来的重点方向。
低氮氧化物燃烧技术
没有龌 群
天然气
煤
油
先进低氮氧化物燃烧技术
L炉膛整体空气分级的低NOx燃烧器
♦燃尽风量：5-30%,燃煤炉20% ♦减少NOx排放2 0%-60%
先进低氮氧化物燃烧技术
2,空气分级的低NOx旋流燃烧器（燃烧器分级燃烧）
♦—次火焰区：富燃,N组分析出但难以转化 ♦二次火焰区：燃尽CO、HC等
♦通入分级空气，控制氧的浓度,
减少NOx的发生
燃尽区 二次火焰
还原燃料比例
20~30%
一质火焰 火焰稳定 产生NO
二次火地 还原气氛 还原NO
烟气
燃尽区
利用低的氧浓度 减缓燃尽过程 控 制NO*生成
排出貌甌 排由热最
先进低氮氧化物燃烧技术
4,空气/燃料分级的低NOx燃烧器
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Nahiffal GBE ―■ Re-cireulflted t Flvt
> 先进低氮氧化物燃烧技术
3.浓淡偏差型低NOx燃烧器
♦富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx的生成 ♦贫粉流因空气量多，燃料型NOx生成增多，但因温度低，热力
先进低氮氧化物燃烧技术
4,空气/燃料分级的低NOx燃烧器
♦接近理论空燃比的空气和燃料
形成稳定的一次火焰
♦—次火焰区下游形成低氧还原
区，还原已生成的NOx
3 ()001-------------------L ,亠—,
最小空气过剩
I 系数
》传统低氮氧化物燃烧技术
2、降低助燃空气预热温度
♦燃烧空气由27。。预热到315 °C , N。排放量增加3倍 ♦降低火焰区的温度峰值，适合燃气锅炉
400 200 000 800
低氮燃烧工作原理及技术
低氮燃烧工作原理及技术低氮燃烧是一种重要的环保技术，通过对燃烧过程进行优化，减少氮氧化物（NOx）的排放量。
本文将从低氮燃烧的原理和技术两个方面进行探讨。
一、低氮燃烧的原理低氮燃烧的核心原理是在燃烧过程中控制燃料和空气的混合比例，以降低燃烧温度和燃料中的氮氧化物生成量。
具体来说，低氮燃烧可以通过以下几种方式实现：1. 燃料优化：通过调整燃料的成分和供应方式，降低燃料中的氮含量。
例如，在煤炭燃烧过程中，可以采用低氮煤或混合燃烧的方式，减少氮氧化物的生成。
2. 空气优化：通过调整燃烧过程中的空气供应方式，使燃料和空气的混合更加均匀充分，提高燃料的燃烧效率，减少氮氧化物的生成。
例如，可以采用预混合燃烧技术，将燃料和空气提前混合，并在燃烧室中均匀分布，以降低燃烧温度和氮氧化物的生成。
3. 燃烧控制：通过调整燃烧过程中的温度、压力和时间等参数，控制燃烧的速率和程度，以降低氮氧化物的生成。
例如，可以采用分级燃烧技术，将燃烧过程分为多个阶段，逐步降低燃烧温度和氮氧化物的生成。
二、低氮燃烧的技术低氮燃烧技术主要包括燃烧器设计和燃烧过程控制两个方面。
1. 燃烧器设计：燃烧器是燃烧过程中的关键设备，其设计合理与否直接影响到燃烧效率和氮氧化物的生成。
在低氮燃烧器的设计中，通常采用以下几种技术手段：（1）风分级技术：通过在燃烧器中设置多个风道，分别控制燃料和空气的供应量，使其达到最佳的混合比例，降低氮氧化物的生成。
（2）预混合技术：将燃料和空气提前混合，并在燃烧室中均匀分布，以实现燃烧的均匀和充分，降低燃烧温度和氮氧化物的生成。
（3）燃烧室设计：通过优化燃烧室的结构和形状，使燃料和空气的混合更加均匀，燃烧过程更加稳定，减少氮氧化物的生成。
2. 燃烧过程控制：在低氮燃烧过程中，燃烧过程的控制至关重要。
通过控制燃烧过程中的温度、压力、空气和燃料供应量等参数，可以有效地降低氮氧化物的生成。
常用的燃烧过程控制技术包括：（1）燃烧温度控制：通过控制燃烧过程中的空气供应量和燃料供应量，控制燃烧温度在适当范围内，以降低氮氧化物的生成。
低NOx燃烧技术
燃煤锅炉得低ＮＯx燃烧技术NＯｘ就是对Ｎ2O、NO2、ＮO、N2O5以及PAN等氮氧化物得统称。
在煤得燃烧过程中、NO x生成物主要就是NO与NO2、其中尤以NＯ就是最为重要。
实验表明、常规燃煤锅炉中NO生成量占NＯx总量得９0％以上、ＮO2只就是在高温烟气在急速冷却时由部分NO转化生成得。
N２O之所以引起关注、就是由于其在低温燃烧得流化床锅炉中有较高得排放量、同就是与地球变暖现象有关、对于N2O得生成与抑制得内容我们将结合流化床燃烧技术进行介绍。
因此在本章得讨论中、NＯx即可以理解为ＮO与NO2.一、燃煤锅炉ＮO x得生成机理根据NOｘ中氮得来源及生成途径、燃煤锅炉中ＮOｘ得生成机理可以分为三类：即热力型、燃料型与快速型、在这三者中、又以燃料型为主。
它们各自得生成量与炉膛温度得关系如图3-１所示。
试验表明、燃煤过程生成得NO x中NＯ占总量得9０％、ＮO２只占5%~10％.1、热力型NO x热力型ＮO x就是参与燃烧得空气中得氮在高温下氧化产生得、其生成过程就是一个不分支得链式反应、又称为捷里多维奇（Zeｌdｏvｉch）机理ﻩ(3－１）（３-2）ﻩ(3-3）如考虑下列反应ﻩ（3－4）则称为扩大得捷里多维奇机理。
由于N≡N三键键能很高、因此空气中得氮非常稳定、在室温下、几乎没有NＯｘ生成。
但随着温度得升高、根据阿仑尼乌斯(Arrheniuｓ)定律、化学反应速率按指数规律迅速增加。
实验表明、当温度超过1200℃时、已经有少量得NＯx生成、在超过１５０0℃后、温度每增加1００℃、反应速率将增加6～７倍、ＮO x得生成量也有明显得增加、如图3-１所示.但总体上来说、热力型NＯx得反应速度要比燃烧反应慢、而且温度对其生成起着决定性得影响。
对于煤得燃烧过程、通常热力型NO x不就是主要得、可以不予考虑。
一般来说通过降低火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区得停留时间可以抑制热力型NO x得生成。
２、快速型NＯx快速型NO x中得氮得来源也就是空气中得氮、但它就是遵循一条不同于捷里多维奇机理得途径而快速生成得。
低氮氧化物燃烧技术
NOx平均去除 效率，% 39.2 53.3 45.5 63.4 35.0 36.6 54.9 45.4 45.6 60.5
锅炉 3 23
低氮氧化物燃烧技术比较
不同低NOx燃烧技术的NOx排放值比较
低氮氧化物燃烧技术比较
低氮燃烧技术小结
技术名称 低氧燃烧
NOx生成 u 第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低，
动力学上限制了NOx的生成
燃尽风喷口
一次风、煤粉 和二次风
保证完 全燃烧 低氧燃烧 抑制NOx
生成
燃尽风风量： 5%～30%
喷嘴位置
传统低氮氧化物燃烧技术
4、分段燃烧技术
传统低氮氧化物燃烧技术
5、再燃技术
u 在炉膛的特定区域内注入再燃燃 料(占燃料总量的10%-30%)
煤种
烟煤 烟煤 亚烟煤 亚烟煤 烟煤 烟煤 烟煤 亚烟煤 亚烟煤 亚烟煤
一次控制技术
低氮燃烧器 低氮燃烧器+燃尽风
低氮燃烧器 低氮燃烧器+燃尽风
强耦合燃尽风 分离燃尽风 低氮燃烧器+燃尽风 强耦合燃尽风 分离燃尽风 低氮燃烧器+燃尽风
NOx去除效率 范围，% 8.6～70.1
32.7～71.9 19.4～80.3 40.0～80.9 17.2～65.4 23.3～70.8 38.1～72.2 11.3～74.4 33.9～65.4 48.2～77.2
AIR POLLUTION CONTROL 天津大学
第五章
5-2
低氮氧化物燃烧技术概述
控制NOx 形成的因素
燃烧区温度及其分布
NOx排放量/ng·J-1
500 400 300 200 100
0 1000
煤粉锅炉低NOx燃烧调整
氮氯化物 的生 成类型 Ｎ Ｏ ｘ 的生成类型可分为燃料 型、 温度型和快 速型三种。 １ 、 燃料 型的氮氧化物 主要 受温度 ，束 腰型 ” 配风 方式 ， 让住燃 烧 区缺 氧燃烧 ， 拉 长煤 粉的燃 烧 区间， 维 持合 适的主燃烧 区域 温度降低 温度型ＮＯ ｘ 的生成 ， 具体配风 如图１ ： 随着 负荷 的不断增加 ， 控制锅 炉总过风 量不宜过 大， 过氧 系数控制 在３ ． ０ ％～ ４ ． ０ ％ 区间内。 锅炉运行 氧量不仅影响着干烟 气带走的热 损失，
般在 １ ０ ％ － ４ ５ ％范 围内， 随 着氮 的转 化率 不 断提高 ， 但这 主要发 生在 而且也 影响 着未 燃碳 引起的 热损 失和一 氧化碳 引起的 热损 失 。 在一定 ７ ０ ０ －８ ０ ０ ￣温 度区间的。因为燃料 ＮＯｘ既可通 过均相 反应又可通 过多 限度 内减 少运行氧 量 ， 将 使干烟气带走 的热损 失降低 ， 但未 燃碳 引起 的 相 反应 生 成 ， 燃烧 温度 很高时 ， ７ ０ ％ 一 ９ ０ ％ Ｎ以挥发 分的 形式 析出， ， 浙 热 损失和一氧化碳 引起的 热损失会增 大。 江大学 研究表 明， ８ ５ ０ ￣ Ｃ 时， ７ ０ ％的Ｎ Ｏ ｘ 来自 焦炭燃 烧 ， １ １ ５ ０ Ｃ时 ， 这一比 当负荷 在１ ７ ０ ＭＷ－ －１ ９ ０ ＭＷ负荷时， Ａ， Ｂ， Ｃ， Ｄ 四套磨煤 机运 行， 依 例 降至５ ０ ％， 由于 多相 反应的限 速机理 ， 在高温 时可能 向扩 散控制 方向 然采 用 “ 束腰 型” 的配风方 式 ， 综合考虑 实测省煤 器出口烟气 中Ｎ Ｏ Ｘ 浓 大渣含碳 量， 有如 配风图２ 。 转 变， 故 温度 高于９ ０ ０ ＂ Ｃ 后， 燃料 Ｎ 只有少 量升高 ， 挥发分Ｎ向Ｎ Ｏ ｘ 化物 度 及飞灰 、 转 化对 当地 氧浓度 很敏 感， 通过 造成区域性 还 原性 气体可 以有 效 地抑 在ｌ ７ ０ Ｍ Ｗ一 １ ９ ０ ＭＷ 的 负荷 下， ＮＯ ｘ比较 难 控 制 ， 可 以 增加 ＤＥ ￣ ￣ ｌ ＮＯｘ 得生 成量。 或Ｅ Ｅ 层二 次 风的 开度 来降 低Ｎ０ ｘ 的生 成 ， 一 般 情况 下调 整过氧 量 不 ２ 、 温度型ＮＯ ｘ 化物在锅 炉燃烧 水平下， Ｎ０ ｘ 生成 反应还没 达到化 超 过 ３ ． ５ ％， 控 制总 风 量在 ５ ５ ０ －６ ５ ０ ｔ ／ ｈ ， 可 以保证省 煤器 出 口 ＮＯ ｘ 在 ０ ｍ ｇ／Ｎｍ 。 学 平衡 ， 因而Ｎ Ｏ的生成 量将随烟 气在高温 区域内的停 留时 间增长而增 ３５ 大， 另外氧 的浓 度直接 影 ｇ ￣ Ｊ ＮＯ ｘ 的生 成量 ， 氧 浓度 水平越 高 ， Ｎ Ｏｘ 生 当负荷 在２ Ｏ Ｏ Ｍ ｗ一 ２ ５ Ｏ ＭＷ时 ， 锅 炉配 风 方式 以 “ 均等 配 风” 为 成量就 越 多。 当温度 高于１ ５ ０ ０ ￣时， ＮＯ ｘ 生成 变得十分 明显， 随温 度的 宜 ， 四套磨煤 机运行， 配凤 如图３ ： 升 高反应 速度按 阿 罗尼乌 斯定律 按 指数 规律 迅速增加 。 可 见温度具 有 Ｈ Ｏ Ｆ Ａ摆 角 吼量 ／ ｈ ６ ０ ５ ∞ ∞ 总 一 。５ ｔ ∞ ∞９ 如 ∞ 如 （ 对ＮＯ ｘ 的生成 ） 决定性 的影响 。 因此也就 是把这种在 高温下空气中的
低NOx燃烧技术
欧洲标准：200 mg/m3 ，挥发分较高、发热量高的商品煤。
美国标准： 180 mg/m3，全部挥发分较高的烟煤； 日本标准： 150 mg/m3，基本是燃烧原煤（包括洗块、洗中、洗末） 中国标准： 200 mg/m3，2003年以前投产的锅炉。 100 mg/m3，2003年以后投产的锅炉。 劣质煤（洗中煤、洗末煤）挥发分低、灰分高、发热量低、高水 分的煤种。
GB13223-1996:火电厂大气污染物排放标准，对NOx无要求。（待考证）
GB13223-2003:火电厂大气污染物排放标准，对NOx要求。
无烟煤：1300 mg/m3；
贫煤：650 mg/m3； 烟煤：450 mg/m3； GB13223-2011:火电厂大气污染物排放标准，对NOx要求。 基本：100 mg/m3； 局部时段（2003年12月31日以前）：200 mg/m3；
1.1 不同浓度的NO2对人体健康的影响
浓度(ppm)
1.0 5.0 10-15 50 80 100-150 200 以上
影
响
闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1 分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3－5 分钟内引起胸痛 人在 30－60 分钟就会因肺水肿死亡 人瞬间死亡
1.2 NOx对建筑物的影响
燃料和热能转化设施类 型
1
燃煤锅炉 氮氧化物 （以 NO2 计） 汞及其化合物 烟尘 二氧化硫
现有锅炉
全部
全部 全部 新建锅炉及燃气轮机组
0.03
30 100 200 100 200 烟囱或烟道
2
以油为燃料的锅炉或燃 气轮 机组 氮氧化物 （以 NO2 计）
现有锅炉及燃气轮机组 新建燃油锅炉 现有燃油锅炉Βιβλιοθήκη 1.3 美国洛杉机光化学烟雾
第三章 煤粉炉低氮氧化物燃烧技术
第四节 常规火电厂氮氧化物排放控制技术改造存在 的问题与对策 • 组织低NOX燃烧的大部分技术措施均有饽于传统的 强化燃烧的概念 • 采用低NOX燃烧技术设计新的煤粉锅炉，或者在实 施控制NOX技术改造时会遇到问题： 1)牺牲燃烧效率（飞灰可燃物增加） 2)金属腐蚀 3)着火稳定性下降，低负荷燃烧稳定性下降 4)出口烟温偏高
• 与空气不分级燃烧相比，减少20%~30%NOX
4、实施空气分级技术的主要影响
• 飞灰可燃物有可能增加，燃烧效率降低 • 燃烧器区富燃料造成的还原气氛有加剧水冷壁结 渣和金属高温腐蚀的可能 • 火焰变长可能使炉膛出口烟温升高，对过热汽温 和再热汽温特性带来影响
* 过量空气系数存在最佳值（小于1） * 挥发份高的煤降低NOX的效果比挥发份低的煤更明 显
（二）NOX的类型
1. 热力型NOX（温度型NOX ）
– 高温下，燃烧空气中的氮氧化生成
O2 M 2O M O N 2 NO N N O2 NO O2 N OH NO H
– 温度对NOX生成速率的影响呈指数函数关系， 1600℃时，NOX占炉内生成量25%~30% – 生成速率与氧浓度的平方根成正比
二、控制氮氧化物排放的技术
（1）低氮氧化物燃烧技术
煤粉炉的特点（低NOx燃烧改进技术的意义）： ·成熟性 ·经济性 ·可靠性 低NOx燃烧的特点：·初投资较低 ·运行费用低 ·排放幅度有一定限制
（2）脱除氮氧化物的烟气控制技术 ·初投资大 ·运行费用高
第二节 NOx的生成机理和降低NOx 的理论依据
NOX (mg/m3) 1500
1000 500 0
热力型NOX
燃料型NOX
快速型NOX 1000 1400 1800 温度（℃） 2000
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图3—5某300MW锅炉同轴燃烧系统一、二次风喷口布置示意图
浓淡煤粉燃烧技术
• • • • • 一次风煤粉气流分成两股不同煤粉浓度气流 一部分燃料富燃料燃烧 一部分燃料富空气燃烧 直流燃烧器：水平浓淡燃烧、垂直浓淡燃烧 旋流燃烧器：径向浓淡燃烧
水平浓淡燃烧
• 浓相煤粉气流喷入向火侧，稀相气流喷入 背火侧 • 双重降低NOX：
低NOX燃烧器 调节风口 上部燃尽风 再燃喷口
前墙
后墙
图3—13 采用炉内再燃技术的喷口布置示意图
mg/m3 1600
无控制措施或简单措施
1400
1200 1000 先进的低NOX燃烧器 800 低NOX燃烧器 分级配风
600
400 200 0
再燃技术
1990年
1995年
0年
图3—14 各种低NOX燃烧技术的炉内NOX水平（烟煤）
3、部分燃烧器运行方式
– 燃烧器区域实现富燃料燃烧， –上层送入的空气形成分级燃烧， –减少热力NOX和燃料型NOX的生成量。
（二）燃烧空气分级技术
1、空气分级技术分为
–燃烧器上的空气分级 –炉内空气分级
2、技术特点 • 最广泛、技术成熟的主流低NOX燃烧技术， 我国300MW以上锅炉均采用，效果良好 • 燃烧器设计中单独采用（低NOX燃烧器） • 整体炉膛配风（低NOX炉膛）
2、炉内燃料分级再燃与还原NOX的过程
• 将燃烧所需燃料的80%左右经主燃烧器送入燃烧器 区域 • 其余20%左右的燃料作为还原燃料送入炉膛上部区 域 • 上部再送入相应的空气作为燃尽风 • 三个区域： • 主燃烧区、再燃还原区和燃尽区 3、还原燃料 • 主要是气体燃料（天然气等） • 煤粉作为再燃燃料（同种或异种、超细）
–燃烧器出口组织浓淡燃烧，降低NOX –浓相气流形成内侧切圆富燃料燃烧，还原气氛， 降NOX排放量
• 改善着火条件，燃烧稳定，降低飞灰可燃 物含量，可维持水冷壁附近的氧化性气氛
浓相一次风
稀相一次风
图3—6 一次风水平浓淡燃烧示意图
垂直浓淡燃烧
• 垂直方向上形成浓淡燃烧 • 降低NOX生成 • 在燃烧器出口处设置不同形式的钝体结构， 形成稳定的回流区 • 回流区烟气使初始段浓淡气流分隔开 • 煤粉火焰在较宽负荷变化内维持稳定
内层二次风旋流器
点火用油燃烧器
一次风煤粉气流 外层二次风调节器 图3—9 双调风旋流式煤粉燃烧器的典型结构
（3）沿炉膛高度的空气分级
• 炉膛下部燃烧区欠氧燃烧，直流与旋流均可用 • 80%理论空气量从炉膛下部燃烧器送入 –送风量小于燃料完全燃烧空气量，富燃料燃烧 –空气不足，使燃料型NOX降低 –燃烧器区火焰峰值温度较低，局部氧浓度较低， 热力型NOX减少 • 20%空气燃尽风OFA（顶部风）送入，燃料燃尽 • 燃尽风可与主燃烧器一体布置，或与主燃烧器相 隔一定距离独立设置
一次风
二次风 （ a）
一次风 （ b）
二次风
图3—4 同轴燃烧系统一、二次风射流方向示意图 （a）一二次风同向；（b）一二次风反向
顶部风（OFA） 消旋二次风
一次风 反切二次风
一次风 反切二次风 一次风 反切二次风 一次风 反切二次风 一次风 直吹二次风 直吹二次 风 一次风 消旋二次 风 一次风 反切二次 （ b） 风
第四节 常规火电厂氮氧化物排放控制技术改造存在 的问题与对策 • 组织低NOX燃烧的大部分技术措施均有饽于传统的 强化燃烧的概念 • 采用低NOX燃烧技术设计新的煤粉锅炉，或者在实 施控制NOX技术改造时会遇到问题： 1)牺牲燃烧效率（飞灰可燃物增加） 2)金属腐蚀 3)着火稳定性下降，低负荷燃烧稳定性下降 4)出口烟温偏高
燃料型NOx转化率的影响因素 ①煤质因素： · 燃料中氮的含量； · 固态碳与挥发分的含量之比； · 煤的挥发分。 ②燃烧设备运行参数因素： · 过量空气系数； · 温度的影响。
3、快速型NOX
–燃料产生CH原子团撞击N2分子，生成CN类化合 物，进一步氧化成NO –对温度的依赖程度很弱 –生成量要少得多 –燃用不含氮的碳氢燃料时考虑
• 与空气不分级燃烧相比，减少20%~30%NOX
4、实施空气分级技术的主要影响
• 飞灰可燃物有可能增加，燃烧效率降低 • 燃烧器区富燃料造成的还原气氛有加剧水冷壁结 渣和金属高温腐蚀的可能 • 火焰变长可能使炉膛出口烟温升高，对过热汽温 和再热汽温特性带来影响
* 过量空气系数存在最佳值（小于1） * 挥发份高的煤降低NOX的效果比挥发份低的煤更明 显
0[反应物 1]m[反应物2]n exp Q RT
2、燃料型NOX
– 燃料中氮化合物在燃烧中热分解氧化生成， 同时存在NO的还原反应 – 煤燃烧产生NOX总量中70%~80%来自燃料型 – 与煤特性、煤中氮化合物存在的形态有关,两 种形态：挥发性氮、焦炭氮 – 与燃料中氮热解时在挥发份和焦炭中分配比 例和各自的成分有关 – 与氧浓度密切相关，燃烧温度有一定的影响
1、低过量空气系数运行
• • • • • 最简单、最基本技术措施，不需改造燃烧设备 有效降低燃料型NOX 燃烧过程的优化调整与燃烧器的优化运行 锅炉排烟损失相应减低 安全经济问题：受热面结渣、金属腐蚀、炉内 传热、汽温特性变化及飞灰可燃物增加
2、降低燃烧器区域的火焰峰值温度
（1）燃烧器区域的烟气再循环 –低温烟气（总烟气量10%）送入炉膛燃烧器区 域，降低火焰峰值温度，热力型NOX减少 –烟气稀释了燃烧氧气，降低局部氧浓度，燃料 型NOX降低 （2）降低预热空气温度（对燃气）
NOX
第二次生成的NOX 上部二次风SOFA 与主燃烧器一体的OFA 主燃烧器
NOX
NOX
NOX被还原
图3—10 燃烧器分级配风的喷口布置示意和NOX的还原过程
（三）利用再燃燃料还原NOX
1、基本原理 • 根据NOX的还原机理，利用某种合适的燃料 作为NOX的还原剂，喷入炉膛内的合适位置， 可还原一部分NOX • 作为锅炉的一部分燃料在炉内燃烧放热 • 减排NOX的效果明显 • 我国近期在大型电站锅炉示范推广
二、控制氮氧化物排放的技术
（1）低氮氧化物燃烧技术
煤粉炉的特点（低NOx燃烧改进技术的意义）： ·成熟性 ·经济性 ·可靠性 低NOx燃烧的特点：·初投资较低 ·运行费用低 ·排放幅度有一定限制
（2）脱除氮氧化物的烟气控制技术 ·初投资大 ·运行费用高
第二节 NOx的生成机理和降低NOx 的理论依据
燃尽风 再燃燃料
燃尽区 还原区
N2，NO
NON2
主燃烧器
主燃烧区
NO，CO2，H2O， O2，SO2，灰 NOX浓度
图3—11 再燃与还原NOX技术的示意
一次燃料
主燃烧区
一次风
80%入炉燃料
100%NOX
二次燃料
再燃还原区
20%入炉燃料
燃尽区
燃尽风
40%NOX 图3—12 炉膛内燃料分级燃烧过程
（二）NOX的类型
1. 热力型NOX（温度型NOX ）
– 高温下，燃烧空气中的氮氧化生成
O2 M 2O M O N 2 NO N N O2 NO O2 N OH NO H
– 温度对NOX生成速率的影响呈指数函数关系， 1600℃时，NOX占炉内生成量25%~30% – 生成速率与氧浓度的平方根成正比
一、影响氮氧化物的因素
煤中氮化合物和空气中氮气与燃烧空气中的氧气在高温燃烧 过程中生成
1. 2. 3. 4. 5.
锅炉的容量和结构 锅炉的燃烧设备 燃烧的煤种 炉内温度水平和氧浓度分布 锅炉的运行方式等
3000
液态排渣炉 低挥发份煤
NOX ，mg/m3
2000
1000
高挥发份煤 固态排渣炉
0 0 1 2 3 4 5
2、抑制燃料型NOx的基本策略:
（1）抑制NOx的生成（同上） （2）创造利于NOx还原的条件（富燃料）
3、利用再燃燃料还原NOx
第三节 燃煤粉电站锅炉降低NOX的燃烧技术措施
• 改进锅炉燃烧运行参数 • 燃烧空气分级技术 • 组织炉内燃料分级再燃还原NOX
（一）改进锅炉燃烧运行参数
• 对锅炉燃烧装置的运行方式和运行参数合 理的调整和改进 • 应用于现有的锅炉设备、简单易行 • 降低NOX的幅度比较有限
3、基本原理
• 锅炉总体过量空气系数较低 • 主燃烧区域局部缺氧燃烧环境，抑制NOX生成和有 利于NOX还原
–燃烧速度和温度降低，热力型NOX减少，含氮中间产物 HCN和NH3将部分NO还原成N2，抑制燃料型NOX
• 主燃烧区后富氧燃烧区，确保燃料燃尽
–残留的氮富氧下氧化成NOX，但火焰温度较低，NOX生 成量有限
5、燃烧器上的空气分级 ——各种类型的低NOX煤粉燃烧器已有十数种
（1）直流燃烧器—四角布置切圆燃烧
火焰充满好，火焰峰值温度较低，NOX排放少
同轴燃烧技术（CFS）或径向空气分级燃烧:
*二次风向外偏转一个角度，形成一个与一次风同轴但直径较大的切 圆 *二次风向外偏转后，在喷口出口处推迟二次风与一次风的混合，一次风 切圆形成缺氧燃烧的火球 *偏转二次风切圆与一次风切圆旋转方向相同 *偏转二次风切圆与一次风切圆旋转方向相反 *偏转角大，NOX减排大，但飞灰可燃物增加，25度
常规燃煤粉火电厂 低氮氧化物燃烧技术
第一节 概述
一、氮氧化物排放的现状
表 3—1 燃煤火力发电厂 NOX 的排放浓度范围 燃烧系统 NOX 排放值(mg/m3) 600~1200 固态排渣炉 600~1000 直流燃烧器 850~1200 旋流燃烧器 950~1800 液态排渣炉 900~1300 直流燃烧器 1300~2000 旋流燃烧器 500~680 褐煤炉 200~700 流化床锅炉 300~800 炉排炉