低氮分级燃烧技术的介绍

低氮分级燃烧技术

一.低NO x优化燃烧技术的分类及比较

为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NO、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉脱氮，另一类是尾部脱氮。

1.1炉脱氮

炉脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NO x的生成，又称低NO x 燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉脱氮技术的比较。

表2

1.2尾部脱氮

尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NO x排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。

催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将NO x还原为无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高，且需消耗氨和燃料，但由于对NO x效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用，催化还原法可分为选择性非催化还原法和选择性催化还原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。

液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的NO x。该法工艺简单，能够以硝酸盐等形式回收N进行综合利用，但是吸收效率不高。

吸附法是用吸附剂对烟气中的NO x进行吸附，然后在一定条件下使被吸附的NO x脱附回收，同时吸附剂再生。此法的NO x脱除率非常高，并且能回收利用。但一次性投资很高。

炉脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NO x燃烧技术是降低燃煤锅炉NO x排放最主要也是比较成熟的技术措施。一般情况下，这些措施最多能达到50%的脱除率。当要进一步提高脱除率时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NO x排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。

根据我国发展现状和当前经济实力还不雄厚的国情，以及相对宽松的国家标准CB13223一2003，在今后相当长一段时间，我国更适合发展投资少、效果也比较显著的炉脱氮技术。即使采用烟气净化技术，同时采用低NO x燃煤技术来控制燃烧过程NO x的产生，以尽可能降低化设备的运行和维护费用。

表2中各炉脱氮技术又以燃料分级效率较高。燃料再燃技术是有效的降低NO x排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉，NO x排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NO x排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低，另一方面则是出于技术经济上的考虑。进入90年代，我国严重缺电局面开始缓和，大气污染日益严重，1994年全国85个大中城市中NO x超标的城市就有30个，占35%。1998年对全国322个省控城市量监测结果分析，NO x年日平均值围在0.006一0.152mg/m3，全国平均为0.037mg/m3，治理大气污染成为十分迫切的任务。随着环保要求的不断提高，研究适应我国国情的低成本的再燃低NO x燃烧技术具有良好的前景。

二.分级燃烧原理

抑制NOx 的生成可采取的措施有：

1.降低锅炉峰值温度,将燃烧区的煤粉量降低。

2.降低氧浓度（即降低过量空气系数），将部分二次风管堵住。

3.由于要保证锅炉的出力，可将部分煤粉和空气从锅炉上部投入，这样就控制了燃烧火焰中心区域助燃空气的数量，缩短燃烧产物在高温火焰区的停留时间，避免了高温和高氧浓度的同时存在。

4．在炉膛中设立再燃区，利用在主燃区中燃烧生成的烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm等，将NO的还原成N2。

如示意图1所示。

图1 分级燃烧原理图

将80%～85%的燃料送入主燃区,燃料在主燃区燃烧生成NOx ,15%～20%的燃料送入再燃区,再燃区过量空气系数小于1.0(α<1.0),具有很强的还原性气氛,在主燃区生成的NOx被还原；再燃区不仅能够还原已经生成的NOx,而且还抑制了新的NOx生成；在燃尽区供给一定量的空气(称为燃尽风),保证从再燃区出来的未完全燃烧产物燃尽。根据超细煤粉再燃低NOx燃烧技术原理和前期的研究结果,将整个炉膛燃烧区划分为主燃区、再燃区和燃尽区。各区域出口过量空气系数目标值为：主燃区出口α=0.9～1.0,再燃区出口α=0.8～0.9,燃尽区出口α=1.167。锅炉主、再燃区均以锅炉实际燃用煤为燃料,主燃区燃烧80%～90%的浓煤粉,再燃区喷入10%～20%的超细化煤粉作为再燃燃料。

超细煤粉是指粒径小于43μm的煤粉,根据有关研究,这个尺度的煤粉有与雾化燃油相同的燃烧特性。在工程应用中,可以用浓淡分离器从常规煤粉中分离。

三．分级燃烧的技术特点

1.优异的低负荷不投油稳燃能力。

该设计的理念之一是建立煤粉早期浓缩着火，为此公司开发了高效浓淡分离装置、两层浓浓、淡淡一次风合用一层一次风室，中间完全分隔的一次风煤粉燃烧器、周界齿形的煤粉燃烧喷嘴，同时一次风煤粉反切射流技术，极提高锅炉的不投油低负荷稳燃能力。根据设计和校核煤种的着火特性，选用合适的煤粉浓缩比、煤粉喷嘴、和浓一次风反切角度，在煤种允许的变化围确保煤粉及时着火稳燃，并且燃烧器状态良好。

2.优异的煤粉高效燃尽、防结渣及高温腐蚀的特性

首先，高浓度煤粉的早期着火提高了燃烧效率；同时通过在炉膛的不同高度布置底部二次风、偏置二次风、上部OFA 和空间分离的S-OFA，将炉膛分成三个相对独立的部分：燃烧区，NOx还原区和燃尽区。在每个区域合理的控制各自的过量空气系数，这种改进的空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，在有效降低NOx 排放的同时能最大限度地提高燃烧效率；第三，通过燃烧器区域的刚性偏置二次风，在炉膛壁面附近形成低煤粉浓度的氧化区，避免了炉膛结渣和高温腐蚀的发生。第四，本技术将煤粉浓淡分离，所有浓一次风煤粉都布置在了燃烧区域下部，相当于提高了煤粉燃尽高度及NOx还原高度，有利于提高锅炉燃烧效率及降低NOx的排放水平。

3.超低的NOx燃烧排放特性

分级燃烧技术的最突出特点是超低NOx燃烧特性，在保证稳燃高效的前提下，通过采用高效浓淡分离技术、空间燃烧分级技术、一次风逆向射流等手段不仅保证煤粉早着火，稳定燃烧，通过采用上下、左右可调燃尽风喷口技术，实现