低NOx排放的“风包粉”浓淡煤粉燃烧技术
目前国内流行的低NOx燃烧技术
目前国内流行的低NOx燃烧技术用改变燃烧条件的方式来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。
在各类降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采纳最广、相对简单、经济而且有效。
目前要紧有以下几种：1. 低过量空气燃烧程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，能够抑制NOx的生成。
这是一种最简单的降低NOx排放的方式。
一样可降低NOx排放15－20%。
但如炉内氧浓度太低（3%以下），会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引发飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。
因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。
2 .空气分级燃烧是将燃料的燃烧进程分时期完成。
在第一时期，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。
现在第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因此降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。
因此，不但延迟了燃烧进程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反映率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。
为了完成全数燃烧进程，完全燃烧所需的其余空气那么通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（over fire air）――称为"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的条件下完成全数燃烧进程。
由于整个燃烧进程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级燃烧法。
弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。
在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成成效越好，但不完全燃烧产物越多，致使燃烧效率降低、引发结渣和侵蚀的可能性越大。
因此为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和靠得住性，必需正确组织空气分级燃烧进程。
级燃烧方式改造现有煤粉炉，应付前墙或前后墙布置燃烧器的原有炉膛进行改装，将顶层燃烧器改作"火上风"喷口，将原先由顶层燃烧器送入炉膛的煤粉中形成富燃料燃烧，从而NOx生成。
NOx减排技术
1低NOx燃烧技术1.1 水泥炉窑低NOx燃烧器旋流式多通道低NOx燃烧器的结构由内向外，依次为中心风、旋流风、煤风、直流风通道。
中心风的作用是调整射流中心回流区的负压，改变头部高温区的位置及大小；旋流风通道采用轴流式旋流器，可降低气动阻力，产生足够的旋流强度；直流风的作用是包裹火焰，卷吸二次高温空气，与旋流风一起强化内外回流并对煤粉“打散”，提高煤颗粒与空气的接触程度。
b5E2RGbCAP 产品特点：◆燃烧推动力较大；◆一次空气的比例小；◆空气和燃料的混合点燃迅速；◆火焰形状和温度场可根据需要灵活控制；◆降低NOx排放；◆强化燃烧。
1.2燃煤锅炉低NOx燃烧技术1.2.1中心给粉旋流煤粉燃烧技术中心给粉旋流煤粉燃烧器原理：在一次风通道中安装一个或多个锥形分离器使煤粉集中于燃烧器的中心并喷入炉内，在一次风管、内二次风管和外二次风管出口安装扩口。
安装在一次风通道中的煤粉分离器将煤粉集中于燃烧器的中心喷入炉内，增加了穿过中心回流区的煤粉量，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，可有效抑制NOx的形成。
燃烧器的二次风分为内、外旋流二次风两部分，通过调节内、外二次风风门挡板开度，可改变二次风分级燃烧的程度，同时可以通过调整二次风叶片角度来改变二次风的旋流强度。
中心给粉与二次风分级燃烧相结合，既保证了高的燃烧效率，又实现了较低的NOx排放。
p1EanqFDPw中心给粉旋流煤粉燃烧器三维结构图1.2.2四角切圆浓淡煤粉燃烧技术切向燃烧炉中直流煤粉燃烧器分为墙式布置和角式布置两种，各个燃烧器之间进行有效的配合，每一个燃烧器给下邻角燃烧器起点燃作用。
燃烧器一次风煤粉气流向火一侧的侧面受到上邻角燃烧器喷出的火炬冲击获得了高温烟气。
置于背火一侧的气流切面也卷吸了炉墙附近的热烟气。
DXDiTa9E3d直流浓淡煤粉燃烧器原理：将各角燃烧器的煤粉气流<一次风）沿水平方向分成两股：靠近炉膛火焰中心为浓煤粉气流；背离火焰中心<靠近水冷壁）为淡煤粉气流；再向外是空气<侧二次风）。
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NOX煤粉燃烧技术概述
低NOX煤粉燃烧技术概述摘要:本文共分为四大部分:从当前火电厂脱氮的结设备构特点及组成～工作原理～燃烧方式～控制方法以及在火电厂中的应用前景等方面进行了浅显的描述。
其中重要是对该设备的主要原理和控制方法～控制性能及特点方面进行了阐述。
关键词:结构特点、工作原理、燃烧方式、控制方法。
Abstract: This paper is divided into four parts: from the current circulatingfluidized bed power plant characteristics of the structure and composition， working principle， and combustion of pulverized coal-fired boiler contrast， the control method and the application of thermal power plants in areas such as prospects forthe simple description. One important is the boiler control system for the maincontrol methods to control aspects of performance and features， and explainsKey words: current circulating、bed power plant、combustion of pulverized、boiler control system.一引言近年来能源利用造成的环境污染越来越严重～其中矿物燃料的燃烧所排放出来的氮氧化物(NOX)己成为环境污染的一个重要方面。
NOX是N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5的总称。
我国能源以煤为主。
低氮燃烧技术
低NOx燃烧技术简介一概述：用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术.在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效.二低NOx燃烧技术方法：1、空气分级燃烧空气分级法是将燃烧用的空气分阶段送入，进行“缺氧燃烧"和“富氧燃尽”，使其避开温度过高和大过剩空气系数同时出现,降低NOx的生成。
在“缺氧燃烧”阶段，由于氧气浓度较低，燃料的燃烧速度和温度降低，抑制了热力型NOx生成;由于不能完全燃烧,部分中间产物如HCN和NH3会将部分已生成的NOx还原成N2,从而抑制了燃料NOx的排放；然后在将燃烧所需空气的剩下部分以二次风形式送入，即“富氧燃尽”阶段，虽然空气量多，但此阶段的温度已经降低，新生成的NOx量十分有限，因此总体上NOx的排放量明显减少。
2、燃料分级燃烧燃料分级法是把燃料分为两股或多股燃料流,这些燃料流经过三个燃烧区发生燃烧反应.把80%—85％的燃料送入主燃烧区进行富氧燃烧，余下15%-20%经主燃烧器上部送入再燃烧区，在空气系数小于1的条件下进行缺氧燃烧，主燃烧区产生的NOx被还原，从而减少NOx的排放量；为减少不完全燃烧需加空气进行燃尽。
3、烟气再循环燃烧烟气再循环法是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉膛,或渗入一次或二次风中，降低氧浓度、火焰温度，使NOx的生成受到抑制，降低NOx的排放。
将部分低温烟气直接送入炉内或与空气(一次风或与二次风)混合后送入炉内，因烟气的吸热和对氧浓度的稀释作用,会降低燃烧速度和炉内温度,因而减少了热力型NOx。
三低NOx燃烧器根据上述低NOx燃烧技术,我公司引进开发出以下型号的低NOx燃烧器：1、HDRB型低NOx燃烧器；2、HHT—NR型低NOx燃烧器;3、HXCL型低NOx燃烧器；4、HWS型低NOx燃烧器；5、HDS型低NOx燃烧器；6、HSM型低NOx燃烧器；7、HPM型低NOx燃烧器。
低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术
（3）快速温度型NOx
机理：空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、 CN等，然后加速与氧反应，生成NOx 。 这部分NOx 占总量的5%。
各种NOx 生成量与炉膛温度的关系：
2、低NOx 煤粉燃烧器 （1）PM型燃烧器 （2）宽调节比煤粉燃烧器 （3）A-PM型浓淡浓煤粉燃烧器 （4）新型低NOx 旋流式煤粉燃烧器
低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术
一、低负荷稳燃技术 二、低NOx煤粉燃烧技术
一、低负荷稳燃技术
1、提高一次风气流中的煤粉浓度
2、提高煤粉气流初温
3、提高煤粉颗粒细度 4、在难燃煤中加入易燃燃料
1、提高一次风气流中的煤粉浓度。 • 减少了一次风量，可减少着火热； • 提高了煤粉气流中挥发分的浓度，使火焰传播速度提高； • 燃烧放热相对集中，使着火区保持高温。 但煤粉浓度过高，由于着火区严重缺氧，而影响挥发分的充分燃烧， 造成大量的煤烟产生，影响颗粒温度的升高，延缓着火。或者因挥发分 燃烧缺氧，使火焰不能正常传播，而引起着火不稳定。
（2）MACT与A-MACT炉内脱氮技术
MACT炉内脱氮技术： • 控制主燃烧区的燃料与空气比为0.8~0.9。
• 在主燃烧器上方设置OFA（Over Fuel Air）供风， 使主燃烧区生成的NOx 到达OFA区时，由于缺氧而 被还原成N2。 • 在上二次风OFA喷口上部再设置一层附加空气AA （Additional Air），还原区的未燃物进入燃尽区后与 AA供风混合，被充分燃烧。
（2）宽调节比煤粉燃烧器 • 煤粉气流通过弯头时，一次 风管隔板上部的通道中形成 浓煤粉气流，而在隔壁下部 的通道中形成淡煤粉气流。 • 扩流锥将两股出口气流形成 一个夹角，可以增加一次风和 回流烟气的接触面，上部浓 煤粉气流着火的稳定性提高， 同时在夹角区形成回流区，卷吸 高温烟气，进一步提高整个煤粉 气流着火的温度性。 • 这种煤粉气流在低负荷下（20%）仍能不投油稳定燃烧，故负荷 调节比宽。
低NOx 排放燃烧技术及燃烧优化
低NOx排放燃烧技术及燃烧优化在胜利发电厂670t/h锅炉上的应用与研究郭 勇（胜利油田胜利发电厂）摘要：本文介绍了煤燃烧过程中NOx生成机理和电站锅炉采用低NOx燃烧技术。
通过对胜利发电厂670t/h锅炉燃烧器改造后，进行炉膛出口氧量、一次风压、二次风配风方式、燃烧器上下组的给粉方式、一次风煤粉浓淡比等试验，对NOx排放量、飞灰可燃物含量等影响规律的研究，得出水平浓淡煤粉燃烧技术能大幅度降低NOx排放量，同时给出锅炉优化运行方式。
关键词：NOx 低NOx燃烧技术 燃烧优化1、引言随着我国电力工业的迅速发展，火电装机容量逐年剧增，作为大气污染控制项目之一的氮氧化物（NOx）问题也日趋突出。
发电量每增加100×108kWh，NOx排放量便增加2.9～3.8×104吨。
煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO（约占氮氧化物总量（约占氮氧化物总量的5%），一般统称NOx。
大气中的NOx有90%来自的95%）和NO2于燃烧产物，其中火力发电厂的排放量约占总量的50%。
近年来NOx的危害已受到人们的关注，绝大多数国家和地区都制定了较严格的限制NOx排放的法规和标准。
中国也于2003年开始实施NOx排放指标限制规定。
因此控制电站锅炉NOx的排放量势在必行。
2、NOx生成机理氮氧化物按其在燃煤锅炉中形成的机理分为三种。
①燃料型NOx，它是燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物。
在煤粉锅炉中，约占总的NOx的排放量的75%～80%。
燃料型NOx占主导地位。
②热力型NOx,它是空气中的N在燃烧的2高温下氧化生成的氮氧化物。
在温度小于1300℃时，几乎看不到NO的产生。
只有当温度高于1500℃时，NO的产生才明显起来。
在煤粉锅炉中，热力型NOx所占比例较小。
③快速型NOx,它是碳化氢系燃料在燃烧时分解,其分解的中间产物和NO反应产2生的氮氧化物。
在煤粉锅炉中，所占比例很小(在5%以下)，快速型NOx可忽略不计。
低NOx燃烧技术介绍
低NOx燃烧技术介绍由NOx的形成条件可知，对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。
因此，低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放的目的。
现代低NOx燃烧技术将煤质、制粉系统、燃烧器、二次风及燃尽风等技术作为一个整体考虑，以低NOx燃烧器与空气分级为核心，在炉内组织适宜的燃烧温度，气氛与停留时间，形成早期的、强烈的、煤粉快速着火欠氧燃烧，利用燃烧过程产生的氨基中间产物来抑制或还原已经生成的NOx。
目前对低NOx燃烧技术的要求是，在降低NOx的同时，使锅炉燃烧稳定，且飞灰含碳量不能超标，并兼顾锅炉防结渣与腐蚀等问题。
常用的低NOx燃烧技术有如下几种：(1)燃烧优化燃烧优化是通过调整锅炉燃烧配风，控制NOx排放的一种实用方法。
它采取的措施是通过控制燃烧空气量、保持每只燃烧器的风粉(煤粉)比相对平衡及进行燃烧调整，使燃料型NOx的生成降到最低，从而达到控制NOx排放的目的。
煤种不同燃烧所需的理论空气量也不同。
因此，在运行调整中，必须根据煤种的变化，随时进行燃烧配风调整，控制一次风粉比不超过 1.8：1。
调整各燃烧器的配风，保证各燃烧器下粉的均匀性，其偏差不大于5～10%。
二次风的配给须与各燃烧器的燃料量相匹配，对停运的燃烧器，在不烧火嘴的情况下，尽量关小该燃烧器的各次配风，使燃料处于低氧燃烧，以降低NOx的生成量。
(2)空气分级燃烧技术空气分级燃烧技术是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。
该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量(一次风)，提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，充分利用燃烧初期产生的氨基中间产物，提高燃烧过程中的NOx自还原能力，以降低燃料型NOx的生成。
缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。
低NOx燃烧排放技术
低NO X燃烧技术及应用热动08-02班吴思知 200823060215摘要：煤在燃烧过程中会产生大量的污染物：NO X、O X、CO2、CO及粉尘等，可造成严重的大气污染、酸雨和水污染，环境问题已成为当今社会日益关注的问题。
而电站燃煤锅炉是大气NOX污染的主要污染源之一，所以在燃烧过程中采取低NOX 燃烧技术降低NOX排放量，会减少对环境的危害。
通过组织良好的燃烧控制NOX的形成，从而满足环保要求是比较经济的技术措施。
关键词：低NO X燃烧技术；低NO X燃烧器；脱硝1.低NO X燃烧技术用改变燃烧条件的方法来降低NOX 的排放，统称为低NOX燃烧技术。
在各种降低NOX 排放的技术中,低NOX燃烧技术是采用最广、相对简单、经济和有效的方法。
1.1 NOX生成机理在燃烧过程中，NOX生成的途径有3种:一是空气中氮在高温下氧化产生称为热力型NOX；二是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOX，称为快速型NOX ；三是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NOX，称为燃料型NOX。
1.2 低NOX燃烧的基本原理研究表明热力型NOX 生成速度与燃烧温度关系很大，升温有利于生成NOX,相反，降温会使热力型NOX形成受到明显抑制。
在温度小于1300℃时，几乎看不到NO的生成反应，NOX生成量很小，只有当温度高于1300℃以上，NO的生成反应才逐渐明显，NOX生成量逐渐增大。
因此，在一般的煤粉炉固态排渣燃烧方式下，热力型NOX所占的比例极小。
氧气浓度的增加和在高温区停留时间的延长，都会促进热力型NOX生成。
在典型的煤粉火焰中，热力型NOX占总排放量的20%左右。
若降低燃烧温度，就能有效降低热力型NOX 的生成。
快速型NOX只有在较富燃的情况下，即在碳氢化合物较多，氧气浓度相对较低时才能发生。
在燃煤锅炉中，其生成量很小一般在5%以下,往往可以忽略不计。
3燃煤电厂锅炉降低NOx排放的燃烧技术措施
放浓度为1100mg/m3。
二、控制氮氧化物排放的技术
1.低NOx排放燃烧技术
特点: 通过对运行方式的改进或对燃烧过程进行控制，来抑 制燃烧过程中NOx的最终排放量。 比较简单、易行，初投资较低，运行费用也低得多， 但降低NOx排放的幅度受到一定的限制。
2. 脱除NOx的烟气净化技术
特点： 将在炉内燃烧过程中已生成气体污染物NOx，通过烟 气处理的技术措施来大大降低NOx排放量。 大幅度地降低烟气中NOx排放浓度，但初投资大，运行 费用高。
1.3
部分燃烧器运行方式
二、燃烧空气分级技术
1、空气分级技术的基本原理
燃烧温度下降，燃烧速度降低，生成热力型Nox 主燃烧区 （富燃料区） 还原气氛，NO被还原N2,燃料型Nox降低 燃尽区：富氧燃烧，火焰温度较低，热力型NOx降低。
2、实施空气分级技术的主要影响因素
（1）空气分级燃烧技术会对锅炉的燃烧带来一些 不利的影响因素，如：
宽调节比燃烧器 ：实际上也是一种浓、淡型煤 粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能是在低负荷 下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷 变化时的燃烧调节范围比较宽。
A—PM型浓淡浓燃烧器：
主要技术是将原来的PM型浓、淡燃烧
器改进为A-PM型浓、淡、浓燃烧器，
（2）旋流燃烧器
煤粉气流或热空气 通过旋流器时，发生旋 转，从喷口射出后即形 成旋转射流。 利用旋转射流，能形 成有利于着火的高温烟 气回流区，并使气流强 烈混合。
第三章
常规燃煤电厂低氮氧 化物NOX燃烧技术
长沙理工大学能动学院 热动教研室 田红
3.1 概述
一、氮氧化物排放的现状和限制
（指NO和少量的NO2，N2O，N2O3）
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
低NO_X燃烧技术
●综 述●低NO X 燃烧技术张 起1,杜京武2(1.中国华电工程(集团)公司,北京100044;2.黑龙江省电力科学研究院,黑龙江哈尔滨150030)摘 要:对我国大型火电机组锅炉采用的低NO X 燃烧技术进行了综合分析,就PM 、WR 、CFS 、水平浓淡燃烧技术及分级送风燃烧技术的工作原理、结构及其性能分别进行了比较分析。
关键词:燃煤锅炉;燃烧技术;大气污染;低NO X 燃烧器中图分类号:T K223.23 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2004)01-0080-03The combustion technology of low N O X exhaustionZHAN G Qi 1,DU Jingwu 2(1.China Huadian Engineering Corporation ,Beijing 100044,China ;2.Heilongjiang Electric Power Research Institute ,Harbin 150030,China )Abstract :Analyzed combustion technologies of the low NO X exhaustion applied in the boilers of big capacity units ,made comparison and analyses on the mechanism ,structure and capability of PM ,WR ,CFS ,horizontal pulverized coal density biased combustion technology and different stages air supply combustion technology.K ey w ords :fossil fuel boiler ;combustion technology ;air pollution ;low NO X exhaustion burner 长期以来,煤炭一直是人类获取能量的主要来源之一。
浓淡煤粉燃烧技术
1、项目简介“风包粉”系列浓淡煤粉燃烧技术是针对我国电力工业对煤粉燃烧的需要，发明的一套适用于不同炉型、不同煤种的同时具有高效、稳燃、低污染、防结渣、防高温腐蚀性能的系列煤粉燃烧技术。
通过对炉内燃烧器区域气相及气固两相流场的深入研究，发现相当一部分锅炉炉膛内存在煤粉向炉膛四周分离，从而产生一系列不良后果。
提出了解决这一问题的技术措施，使煤粉相对集中在火焰中部，而炉壁四角则空气相对过剩，从而实现了炉内“风包粉”的燃烧方式，以防止炉壁结渣和高温腐蚀、也有助于提高燃烧效率。
浓淡燃烧的基本思路是将一次风分成浓淡两股气流，利用浓煤粉气流着火稳定性好的特点来提高燃烧器的着火稳燃能力，浓淡两股气流偏离各自燃烧的化学当量比，可以抑制NOx的生成排放。
还研制了配套的高浓缩比、低阻力的煤粉浓缩器，增强了浓缩燃烧的作用。
综合“风包粉”和“浓淡”燃烧的特点，根据不同炉型、不同煤种的要求，开发研制成功水平浓缩煤粉燃烧器、水平浓淡风煤粉燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、不等切圆墙式布置直流煤粉燃烧器等“风包粉”系列浓淡煤粉燃烧技术。
此系列煤粉燃烧技术覆盖了电站锅炉的主要燃烧方式和煤种，可以达到：大幅度提高低负荷稳燃性能，特别是对于燃用难燃的贫煤、无烟煤的机组尤为突出；燃用高硫煤机组中存在的高温腐蚀可望得到控制；锅炉的结渣问题得到解决或明显减轻；锅炉的NOx排放大幅度下降，特别是燃用控制NOx排放难度最大的贫煤、无烟煤的机组降幅更为明显；燃烧效率均有所提高。
此系列的各种燃烧器不仅可用于新锅炉的设计，而且对现有的锅炉的技术改造也非常方便。
截止到2000年2月，“风包粉”系列浓淡煤粉燃烧技术已在全国34座发电厂的62台锅炉上应用，机组容量共计9455.8MW。
并被国内的哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂、武汉锅炉厂、北京B&W公司等锅炉制造厂在新产品设计或技术改造中所应用。
2、立项背景能源是国民经济的基础。
我国一次能源以煤为主，电力工业中煤电约占总电量的四分之三，电力工业每年耗煤2.9亿吨，相当于我国原煤产量的27%。
低NOx空气分级燃烧技术研究
河南科技Journal of Henan Science and TechnologyVol.564，No.5May ，2015近年来我国的环保压力越来越大，而火电厂污染物的排放则为主要的污染物来源之一，我国一次能源又主要依赖于煤炭，所以火电厂的污染物控制技术对我国的环保起到关键作用。
氮氧化物则是煤炭燃烧的产物之一，它能够引发酸雨和光化学烟雾。
因此，采取什么样的技术来减少氮氧化物的生成是现阶段研究的热点。
目前我国电厂煤粉锅炉一般采用的燃烧方式为四角切圆燃烧，这种燃烧方式风粉混合均匀，燃烧效率较高，燃料适应性较广，是现阶段我国电厂燃烧方式中应用最广泛、最成熟的技术。
1NOx 生成的机理及低NOx 燃烧技术1.1NOx 的生成机理NOx 一般指的是NO 和NO 2，也包括N 2O 、N 2O 3等。
在煤燃烧过程中，按照NOx 中N 元素的来源可将其分为热力型NOx 、燃料型NOx 和快速性NOx ［1］。
NOx 主要有两种生成途径：一是煤中的氮化物在高温火焰中发生热分解，并进一步氧化生成NOx ；二是提供燃烧时所用的空气中的氮气，在高温下与氧气发生的化合作用生成的NOx 。
1.2低NOx 燃烧技术目前，国内外降低NOx 的控制技术主要有低NOx 燃烧器、空气分级燃烧、燃料再燃技术、烟气脱硝技术等。
本文主要研究空气分级燃烧技术。
空气分级的基本原理为［2］：在富燃料区域中，燃料在缺氧的情况下燃烧，其燃烧温度和燃烧速度均降低，热力型NOx 减少，与此同时，燃料中所释放的含氮中间产物HCN 和NH 3等会将一部分的NO 还原成N 2，从而抑制燃料型NOx 的生成。
在燃尽区，燃料在富氧条件下燃尽，不可避免的让一部分残留氮在燃尽区的富氧条件下氧化生成摘要：本文主要利用FLUENT 流体计算软件对一台300MW 的煤粉锅炉进行了燃烧模拟研究，对锅炉采用常规燃烧和空气分级燃烧时的燃烧状况进行了模拟计算，结果表明空气分级燃烧时的炉膛的整体温度明显下降，NOx 浓度降低，主燃区氧浓度降低，说明该燃烧方法为理想的低NOx 燃烧方式。
科技成果——可调煤粉浓淡低氮燃烧及低负荷稳燃技术
科技成果——可调煤粉浓淡低氮燃烧及低负荷稳燃技术适用范围该套技术可用于烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤等多种燃料技术原理通过合理设计燃烧器，实现分级燃烧，避免出现局部高温，同时保证自煤粉热解、着火至燃尽全过程中煤粉颗粒周围气体氧浓度都控制在最佳范围内，在不明显影响燃烧的情况下大幅度降低燃料型NOx 的生成量。
煤燃烧过程中NOx生成和控制机理工艺流程1、制备好的煤粉经一次风输送入浓淡燃烧器，在浓淡燃烧器内被分离为浓相和淡相，形成煤粉的浓淡分离后，从一次风喷口送入炉膛，一次风在炉膛内形成小切圆；2、二次风经大风箱接入燃烧器，从二次风喷口送入炉膛，二次风在炉膛内形成大切圆，与一次风配合在炉内形成大小切圆以及风包粉形式，一二次风喷口有多层，一般间隔布置，最下层为二次风喷口；3、偏置周界风经大风箱接如燃烧器，从周界风喷口送入炉膛，偏置周界风喷口紧贴一次风喷口布置，并布置在一次风的下游（即一次风淡相侧），在煤粉气流和水冷壁之间形成保护膜，偏置周界风喷口数量和一次风喷口一致；4、三次风（如有）带煤粉送入燃烧器后，从三次风喷口送入炉膛，三次风喷口一般单层，布置在一二次风喷口上方，以尽量减少因三次风形成的氮氧化物；5、CCOFA风经大风箱接入燃烧器，从CCOFA风喷口送入炉膛，CCOFA风喷口一般1-2层，布置在三层风上方或下方，在补充燃烧所需空气的同时抑制氮氧化物的生成；6、SOFA风经大风箱接入燃烧器，从SOFA风喷口送入炉膛，SOFA 风反切，喷口一般有2层，布置在整个燃烧器的最上方，且距离其他喷口1米以上，使SOFA风送入炉膛时燃烧温度已降低，避开了氮氧化物大量生成所需的较高温度，且充分补充燃烧所需的空气。
关键技术煤粉通过高浓淡比可调式煤粉浓淡低NOx燃烧器，分为浓相和淡相后送入锅炉；燃烧器喷口设置偏置周界风；燃烧器喷口一二次风采用大小切圆技术；主燃区设置CCOFA喷口以空气分级；主燃区上部SOFA喷口，采用全炉膛SOFA深度垂直空气分级燃烧技术；配合适度低氧燃烧进行燃烧优化调整；该技术全部为具有自主知识产权技术，可以根据不同用户需要，量身设计低NOx燃烧解决方案。
科技成果——燃煤电站锅炉多重空气分级低NOx燃烧技术
科技成果——燃煤电站锅炉多重空气分级低NOx燃烧技术成果简介目前国内外控制NOx排放技术大致分为两类：一类是烟气净化技术，即把已生成的NOx还原为N2，从而脱除烟气中NOx；另一类是低NOx燃烧技术（炉内脱氮技术），即通过运行方式的改进或者对燃烧过程进行控制，抑制燃烧过程中NOx的生成反应，从而降低NOx 的最终排放量。
这些技术可以单独使用，也可以组合使用，以达到不同的NOx排放控制要求。
多重空气分级低NOx燃烧技术糅合了高浓淡比可调式煤粉浓淡低NOx燃烧器、偏置周界风、一二次风大小切圆（二次风偏转径向空气分级燃烧）、主燃区CCOFA空气分级技术、全炉膛SOFA深度垂直空气分级燃烧等目前世界上成熟的低NOx燃烧技术，其主要原理在于根据NOx生成的原理，通过精细化配风设计，将NOx生成所需的“高温”、“高氧”两个条件错开。
控制燃烧前期迅速着火，并保证着火前期为低氧环境，有效降低挥发分NOx，将燃烧器区域分为一次燃烧区域和二次燃烧区域，一次燃烧区域内送入所有燃料和大部分燃烧所需空气（约70%-80%），使得燃料燃烧初期为还原性气氛，大部分燃料N在此区域以N2形式释放，其余空气（约20%-30%）在二次燃烧区域送入，保证燃烧完全。
国外从上个世纪70年代已经开始采用分级燃烧来降低NOx排放。
目前国外的大型电站锅炉通过燃烧一次措施可以很容易地使NOx排放控制在150-200ppm（折合307-410mg/Nm3）。
而我国在20世纪90年代后期开始研究低NOx燃烧技术，随后国家科技部、环保部、财政部等有关部门在政策、项目和资金上给予了大力支持，特别是“十五”、“十一五”以来，在国家重点基础发展规划项目“973”计划课题（煤燃烧过程中污染防治的机理，编号：G1999022204）、国家重点基础发展规划项目“973”计划课题（煤粉炉再燃区间同时脱硫脱氮机理研究，编号：G1999022204-03）、国家高技术研究发展计划“863”计划课题（利用超细煤粉再燃降低煤粉炉NOx排放，编号：2002AA527053）、浙江省科技计划重大项目课题（锅炉多煤种、低负荷浓淡燃烧技术，编号：991101040）等的连续资助下，我国在降低NOx排放的同时不降低锅炉效率等多方面取得突破，使燃煤锅炉的NOx控制技术及其产业化取得了重大进展，如“可调煤粉浓淡低NOx 燃烧及低负荷稳燃技术”获2004年国家科学技术进步奖二等奖，提高了低NOx燃烧技术改造工程建设质量和运行管理水平。
浓淡燃烧器与着火稳燃及低NOx排放
浓淡燃烧器的低NOx排放及着火稳燃国内外大量的研究表明, 浓淡燃烧不但可以降低NOx排放量,而且在保证较高的燃烧效率的前提下,还可以提高一次风粉着火和燃烧稳定性。
国外较早地运用了浓淡煤粉燃烧技术，如FW公司的旋风分离式燃烧器、ABB/CE公司的WR型燃烧器以及三菱公司的PM燃烧器，前者应用于W型火焰锅炉，后者采用于四角布置切向燃烧锅炉，沿燃烧器垂直方向组织浓淡煤粉气流。
在国内多家各大院校及科研单位和制造厂家先后开发了多种适合国情的浓淡燃烧器，如水平浓淡燃烧器，钝体燃烧器，富集型燃烧器等，多数浓淡燃烧器应用思想是相同的，只是实现的手段不同罢了。
一、N Ox的生成煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这二者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。
在目前的燃烧方式和燃烧温度下，煤燃烧生成的氮氧化物中，NO占90%以上，NO2占5-10%，而N2O占1%左右，因此NOx的排放主要由NO决定。
燃烧生成的NO途径有三个：（1）热力型NO（Thermal NO）。
由空气中的氮气在高温下氧化生成，它强烈地依赖火焰温度和氧气浓度，当温度低于1350℃时，几乎没有热力型NO的生成，只有当温度超过1600℃且富氧燃烧时，热力型NOx才可能占到20-30%。
（2）快速型NO（Prompt NO）。
它是燃烧时空气中的氮气和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成，它受温度的影响较小，常在富燃料的碳氢火焰中生成，对于煤燃烧设备，快速型NO只占到NOx生成量的5%以下。
（3）燃料型NO（Fuel NO）。
由燃料中的氮化合物热解后又接着氧化而生成，煤燃烧过程由挥发分燃烧和焦碳燃烧两个阶段组成，氮化合物中的氮在这两个阶段中析出比例随燃烧条件的不同而变化。
当煤的挥发分增大，热解温度和加热速度提高时，煤中的母氮在挥发分燃烧阶段释放出的比例增加。
在这一阶段，母氮以HCN和NH3形式释放后，氧化成NO，生成的NO在缺氧的环境中会还原出N2；挥发分析出后残留在焦碳中的母氮也会在焦炭燃烧阶段通过异相反应生成NO，同时焦炭表面炭的还原作用还会将部分NO变成N2。
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研究表明，煤燃烧过程 中形成的 Ｎ ｘ有 ３种 Ｏ 型 态 ：燃 料 型 （ｕ１ ｘ 热 力 型 （ｈｒ １ Ｆ ｅ） ＮＯ 、 Ｔ ｅｍａ） ：低 Ｎ Ｏｘ排放 的 “ 风包粉 ”浓 淡煤粉燃烧 技术
有些煤粉燃烧器较好 地解决 了燃烧效 率和稳燃 的 问
题 ，但 由于其 研 究重 点没 有 放 在低 污 染 上 ，受 其 技 术上 的限 制 ，没 有 大幅 度 地 降低 ＮＯ ｘ生 成 的 可 能 。
同时具有高效 、稳燃 、防结渣 、防高温腐蚀和低污 染 的煤 粉燃烧技术在我 国尚属空 白。因为这五方面 的要 求 往往 是相 互 矛 盾 的 ，难 以 同时 满足 ，因 此必
ＮＯ 排 放 的 同时 具 有 高 效 率 、高 稳 燃 性 能 、防 止 ｘ 结渣 、 防止 高温 腐 蚀 性 能 。
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图 １ ＷＲ燃烧 器的炉 内燃烧 区域 的颗粒 浓度 分布
１ “ 包 粉 ”浓 淡 煤 粉 燃烧 技 术 低 风 ＮＯ ｘ排 放 的原 理
维普资讯
第３ ８卷第 ｌ 期
２０ 年 １ 月 ２ ０
机
械
工
程
学
报
Ｖｌ８ ｏｌ ｏ３ Ｎ
Ｊ ２００２ ｎ． ａ
ＣＨＩ ＥＳＥ ＯＵＲＮ ＡＬ ＥＣＨＡＮＩ Ｎ Ｊ ＯＦ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧ Ｉ ＥＥＲＩ Ｇ Ｎ Ｎ
低 ＮＯ ｘ排放 的 “ 包粉 ”浓 淡煤粉 燃烧 技 术 风
吴少华 李争起 孙绍增 孙 锐 陈力哲
哈尔滨 １００ ） ０１ ５ （ 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院
摘 要 ： 出了一种低 Ｎ ｘ 排放 的煤粉 燃烧 技术— — 风包粉 浓瀵煤 粉燃 烧技 术。分析 了这种技 术 降低 ＮＯ 提 Ｏ ｘ排 放 的原 理和 技术措旆 ，井指 出这项 技术在低 ＮＯ 排放 的同时 ，还 具有低 负荷 稳燃 、高燃烧 效 率、防止 结渣和 防 ｘ
透过对炉内燃烧器区域气 固两相流场 的深入研
・ 国 家 “ 五 ”重 点科 拄攻关 资助项 目（６ＡＩ．１Ｏ ） ２ ０ １１ 九 ９ 一 ９Ｏ ．１ ０ ００ ２收
到初 稿 ，２０ｌ８ ５收 到修 改稿 ０ ０ｌ
图 ２示 出 的 是采 用 “ 包 粉 ”浓淡 煤 粉燃 烧 时 风 的燃 烧器 区域 的气 固 两相 流 场 ， 由图 中可 以看 到 ， 靠近 壁 面 的煤粉 浓度 比 图 １小得 多 。
须 寻 求 新 的燃 烧 组织 方 式 来 解 决 ，发 展 适合 中 国 国 情 的可 以解 决 以上 五 方 面 问题 的低 ＮＯｘ 煤粉 燃烧 新 技 术 是 十分 迫 切 的 。 “ 风包 粉 ”浓 淡煤 粉 燃烧 技 术 是针 对 我 国电力
≥
尊
鲁
工业对煤粉燃烧 的要求，研究开发的一套适应 不同 煤 种 的低 ＮＯ 排放 煤 粉 燃 烧 方 式 ， 这项 技 术 在 低 ｘ
离 的现象。根据采用 Ｐ Ａ 测量技术进行 的气固两 Ｄ
相 模化 试验 ，可 以清 楚 的看 到 这一 点 。图 ｌ示 出的
是 目前 国内广泛应用 的 ＷＲ 燃烧器 的炉 内燃烧器
区域 的 气 固两 相 流场 。 由 图 中可 以看到 ，靠 近 壁 面
的煤粉浓度 比较大，这将产生一系列不 良后果：不
一
０ ９
快速 反 应 型 （ｒｍｐ） ｘ Ｐｏ ｔ ＮＯ 。其 中 ，快速 反应 型 ＮＯ ｘ 所 占 比例 很小 ，燃 料 型 ＮＯ 约 占 ７ ％以上 ，热 力 ｘ ５ 型 ＮＯ ｘ约 占 ２ ％以下唧。热 力 型 ＮＯ ５ ｘ主要 与 烟 气 温 度 有 关 ，随 烟气 温 度 的 降低 ，热 力 型 ＮＯ 的生 ｘ 成 量 减 小 ，氧 浓 度 （ 学 当 量 比） 它 的 影 响 很 小 。 化 对 燃 料 型 ＮＯ 主 要 与 氧浓 度 有 关 ，在 很 大范 围 内几 ｘ 乎 与温 度 无 关 ，当 火焰 处 于缺 氧 的条 件下 ，含 氮 的 基 团和 ＮＯ、Ｈ 反应 生成 分 子 Ｎ 燃 料 型 ＮＯｘ的 生 成 量 将 降低 。 因 而 ，减 少 燃 料 型 ＮＯ 排 放 的 ｘ 主 要 措 旖 是 降 低 火 焰 中 的 氧 浓 度 ，增 强 还 原 性 气 氛 ，延 长 含 氮 基 团在 还 原 性 气 氛 中 的停 留时 间 ，从
仅会 产 生 结渣 和 高 温 腐蚀 ，而 且 还 会使 风 粉 的混合 提 前 ，不 利 于稳 燃 、 降低 燃 烧效 率及 增加 ＮＯｘ 的 排 放 。 同 时 ，这 种 情 况 也 使 降低 ＮＯ 排 放 的分级 ｘ
配风等措施 很难 实现 。“ 风包粉 ”浓淡煤粉燃烧 技
术 的 基本 思 想 是将 含 煤 粉 的一 次风 分成 浓 淡两 股气 流 ，使 煤 粉 相 对 集 中 在 火 焰 中部 ，而 炉 壁 四周 则 空气 相 对 过 剩 ，从 而 实 现 了 炉 内 “ 包 粉 ” 的 燃 风 烧方式 。
止高温腐 蚀 的性 能 。介 绍了这项 技术 的一些试 验 结果和 应用情 况 关键词 ： 煤将 锅炉 燃烧 技术 低 ＮＯ ｘ排放 浓 浅燃烧 风包粉 中图分类号 ： Ｋ ２ ． Ｔ ２ ４１
究 ，发现 相 当一 部 分 锅炉 炉 膛 内存 在煤 粉 向 四周 分
０ 前言
ＮＯ 是 大气 污染 物 之 一 。 １８ 年 在 中 国 各主 ｘ ９５ 要 城 市 测 定 大 气 污 染 物 中 ，燃 煤 产 生 的 ＮＯ 占 ｘ ６ ％ｔ。而 以煤 粉 燃 烧 方 式 为 主 的火 力 发 电厂 的燃 ５ “ 煤 量 又 占较 大 的 比例 ， 因此 ，降 低 发 电 厂排烟 中 的 ＮＯ ｘ是减 轻 大气 污染 的重 要任 务 。 在 发达 国家 ，低 污染 技术 早 已进 入商 业应 用 阶 段 。在 我 国 ，低 污 染 燃烧 技术 也 得 到 了发 展 。但 是 对 于煤 粉 燃 烧锅 炉 的环 境 污 染 ，特 别 是 ＮＯ 污染 ｘ 问题 ，我 国 目前还设 有属 于 自己的技 术 可供 使 用 ＿。 ２ Ｉ