低NOx高温空气燃烧技术
空气分级燃烧降低氮氧化物生成的原理
空气分级燃烧降低氮氧化物生成的原理
空气分级燃烧是一种技术手段，可以降低燃烧过程中生成的氮氧化物（NOx）。
其原理主要涉及以下几点：
1. 燃烧温度控制：空气分级燃烧通过合理控制燃烧过程中的温度分布，使得燃烧区域内部的温度降低。
高温燃烧是NOx生成的主要原因之一，通过降低燃烧温度可以抑制NOx生成的速率。
2. 空气分离：在空气分级燃烧技术中，燃烧过程通常分为两个阶段，即主燃烧区和延迟燃烧区。
在主燃烧区，燃料与一部分氧气混合燃烧，产生高温高湿的燃烧产物。
而在延迟燃烧区，则将剩余的氧气与燃料再次混合并燃烧，产生较低温度的燃烧产物。
通过在不同区域分别控制氧气的供应量，可以降低主燃烧区的温度，从而减轻NOx的生成。
3. 燃料分离：空气分级燃烧还可以将燃料分成两个部分，并延迟供给。
先将其中一部分燃料供给主燃烧区燃烧，然后再供给剩余的燃料到延迟燃烧区燃烧。
这样可以提前将部分燃料燃烧完成，减少主燃烧阶段的燃料供应量，进而减少高温燃烧区生成的NOx。
通过以上几个原理的结合应用，空气分级燃烧可以有效地降低燃烧过程中生成的氮氧化物。
低氮燃烧技术
低氮燃烧技术1 水泥窑炉系统NO X形成机理大致介绍2 现有低氮燃烧技术大致介绍3 低氮燃烧技术的效果4 改变燃料物化性能5 提高生料易烧性6、新型干法水泥应对脱硝的相应措施1、水泥窑炉系统NO X形成机理大致介绍1.1NO X的生成机理窑炉内产生的NO X主要有三种形式，高温下N2与O2反应生成的热力型NO X、燃料中的固定氮生成的燃料型NO X、低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬时型NO X.1.2热力型NO X：由于是燃烧反应的高温使得空气中的N2与O2直接反应而产生的，以煤为主要燃料的系统中，热力型NO X为辅。
➢一般燃烧过程中N2的含量变化不大，根据泽里多维奇机理，影响热力型NOX 生成量的主要因素有温度、氧含量、和反应时间。
➢热力型NOX产生过程是强的吸热反应，温度成为热力型NOX生成最显著影响因素。
研究显示，温度在1500K以下时，NO生成速度很小，几乎不生成热力型NO，1800K以下时，NO生成量极少，大于1800K时，NO生成速度每100K约增加6-7倍。
➢温度在1500K以上时，NO2会快速分解为NO，在小于1500K时，NO将转变为NO2,一般废气中NO2占NO X的5-10%，排入大气中NO最终生成NO2，所以在计算环境影响量时，还是以NO2来计算。
可以说，窑炉内的温度及燃烧火焰的最高温度是影响热力型NO X生成量的一个重要指标，也最终决定了热力型NO X的最大生成量。
因此，在窑炉设计中，尽量降低窑炉内的温度并减少可能产生的高温区域，特别是流场变化等原因而产生的局部高温区。
燃烧器设计中，要具备相对均匀的燃烧区域来保证燃料的燃烧，降低火焰的最高温度。
这些都是有效降低热力型NO X的有效办法。
➢热力型NOX生成量与氧浓度的平方根成正比，氧含量也是影响热力型NO X 生成量的重要指标。
随O2浓度增加和空气预热温度的增加，NO X生成量上升，但会有一个最大值。
O2浓度过高时，过量氧对火焰有冷却作用。
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。
低NOx燃烧技术专业资料
燃煤锅炉的低NO x燃烧技术NOx是对N2O、NO2.NO、N2O5以及PAN等氮氧化物的统称。
在煤的燃烧过程中, NOx生成物重要是NO和NO2, 其中尤以NO是最为重要。
实验表白, 常规燃煤锅炉中NO生成量占NOx总量的90%以上, NO2只是在高温烟气在急速冷却时由部分NO转化生成的。
N2O之所以引起关注, 是由于其在低温燃烧的流化床锅炉中有较高的排放量, 同是与地球变暖现象有关, 对于N2O的生成和克制的内容我们将结合流化床燃烧技术进行介绍。
因此在本章的讨论中, NOx即可以理解为NO和NO2。
一、燃煤锅炉NO x的生成机理根据NOx中氮的来源及生成途径, 燃煤锅炉中NOx的生成机理可以分为三类: 即热力型、燃料型和快速型, 在这三者中, 又以燃料型为主。
它们各自的生成量和炉膛温度的关系如图3-1所示。
实验表白, 燃煤过程生成的NOx中NO占总量的90%, NO2只占5%～10%。
1.热力型NOx热力型NOx是参与燃烧的空气中的氮在高温下氧化产生的, 其生成过程是一个不分支的链式反映, 又称为捷里多维奇（Zeldovich）机理→(3-1)O2O2→+O+NONN(3-2)2→+N+NOOO(3-3)2如考虑下列反映→+(3-4)N+NOHOH则称为扩大的捷里多维奇机理。
由于N≡N三键键能很高, 因此空气中的氮非常稳定, 在室温下, 几乎没有NOx生成。
但随着温度的升高, 根据阿仑尼乌斯（Arrhenius）定律, 化学反映速率按指数规律迅速增长。
实验表白, 当温度超过1200℃时, 已有少量的NOx生成, 在超过1500℃后, 温度每增长100℃, 反映速率将增长6～7倍, NOx的生成量也有明显的增长, 如图3-1所示。
但总体上来说, 热力型NOx的反映速度要比燃烧反映慢, 并且温度对其生成起着决定性的影响。
对于煤的燃烧过程, 通常热力型NOx不是重要的, 可以不予考虑。
一般来说通过减少火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区的停留时间可以克制热力型NOx的生成。
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 —。
低氮燃烧原理
低氮燃烧原理所谓低氮燃烧，就是通过调整燃料与空气在各燃烧阶段配比的方式，使燃烧产物中氮氧化物大幅度降低的燃烧技术。
煤粉在燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。
煤粉在燃烧过程中生成NOx的途径有三个：（1）热力型NOx。
空气中氮气在高温下氧化生成的NOx，一般在1300℃以上生成，占总量的10～20%；（2）燃料型NOx。
燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解之后又氧化而形成的NOx，占总量的75～90%；（3）快速型NOx。
燃烧时空气中的氮，在火焰前沿的早期阶段，和燃料中的碳氢原子团反应而形成的NOx，其所占比例很小，一般不予考虑。
热力型NOx的生成机理为O2 →2O （反应速度最快）N2 +O →NO+N，温度T>1538℃（反应速度最慢）O2 +N →NO+O，温度T>816℃（反应速度较快）从反应机理来看，抑制热力型NOx生成速度的主要是第二个化学反应，氮气分子N2需要非常高的温度和非常大的能量才能断开分子键N≡N，生成活性的氮原子N。
另外，需要有足够活性的氧原子O与之结合，才可生成热力型NOx。
由此可见，足够高的温度水平和足够高的氧气浓度，是生成热力型NOx的有利条件。
燃料型NOx的生成机理为O2 →2O燃料→自由基(N+NH+CN)+… ，温度T=700~800℃自由基+O →NO+…自由基+自由基→N2+…（缺氧环境）在一般的锅炉燃烧工况下，800℃的温度水平是很轻易达到的，只要燃料中含有N元素，含N自由基的生成是不可避免的。
因此，足够高的氧气浓度，是生成燃料型NOx的有利条件根据以上分析，NOX生成条件总结如下：（1）首先要生成自由N原子或含N自由基：对热力型NOx，其来源为N≡N，破坏分子键需极高的温度来提供足够的能量；对燃料型NOx，其来源为含N有机物热解，键能小，对温度要求低。
（2）其次要有氧与自由N原子或含N自由基结合：相对与N，氧更倾向于与C、H等结合，只有氧浓度较高时，NOx才易生成；缺氧环境下的自由N或含N自由基，会结合成N≡N，从而减少自由N。
低NOx燃烧技术原理及其技术性能分析
低 NOx 燃烧技术原理及其技术性能分析摘要：简要介绍了燃煤电厂NOx产生机理以及目前主流的低NOx燃烧技术原理。
关键词：低NOx燃烧技术；燃烧调整；锅炉燃烧效率；1低NOx燃烧技术原理及技术性能分析1.1空气分级燃烧空气分级燃烧技术（Air Staging)最早是在美国发展起来的，是目前国内外普遍应用，比较成熟的低NOx燃烧技术。
其基本原理是将燃烧所需空气分成两级送入，一级送入过量空气系数小于1,对于燃煤锅炉一般为理论空气量的70%~75%。
其余空气经由布置在燃烧器上游的专门空气喷口OFA（Over Fire Air）送入炉膛继续完成燃烧。
人为地形成准双区燃烧，即主燃烧区和燃烧完全区[6]。
主燃烧区内由于缺氧使燃烧处于“富燃料燃烧（贫氧燃烧）”状态，燃烧速度和温度降低，抑制了热力型NOx的生成。
此外，燃烧过程中生成的CO、NO、以及燃料中氮分解产生的CO、NO、HCN和NH等化合物相互复合作用同样也抑制了3燃料型NOx的生成。
燃烧完全区内燃烧所需其余空气以二次空气输入，调整过量空气系数（过量空气系数大于1）使未燃尽燃料燃烧完全。
此时虽然送入空气量较多，同样会使一些中间产物被氧化成NO，但由于空气分级技术此时反应区已由温度高的主燃烧区转移到温度低的燃烧完全区，抑制了燃料型NOx的生成。
采用空气分级燃烧技术后可使NOx排放量降低30%~60%。
尽管空气分级燃烧弥补了简单的降低过量空气系数燃烧所导致的燃料未完全燃烧损失和飞灰含碳量增加的缺点，但是，若主燃烧区，燃烧完全区两级空气比例分配不合理，或者燃烧混合条件不好，则会增加不完全燃烧带来的损失。
同时，主燃烧区的还原性气氛将导致灰熔点降低从而引起锅炉结渣和受热面腐蚀。
1.2燃料分级燃烧燃料分级燃烧通常采用的形式是燃料再燃烧技术，将燃烧过程设在三个区（主燃区、再燃区和燃尽区）进行，也称为三级燃烧技术，如图2-3所示。
其所依据原理为主燃区形成的NOx会在次燃烧区和烃根CHi、未完全燃烧产物(CO、C、。
低氮氧化物燃烧技术
低氮氧化物燃烧技术：低氧燃烧技术，降低助燃空气预热温度，烟气循环燃烧，分段燃烧技术，再燃技术，浓淡燃烧技术。
选择性催化还原法脱硝：主要以氨做还原剂，通常催化剂安装在独立的反应器内，反应器位于省煤器之后，或者空气预热器之前。
4NH3+4NO+O2--4N2+6H2O 8NH3+6NO2--7N2+12H2O
选择性非催化还原法：尿素或氨基化合物注入烟气作为还原剂将NOX还原为N2。
4NH3+6NO--5N2+6H2O CO(NH2)2+2NO+0.5O2--2N2+CO2+2H2O
燃烧法控制VOCS污染，燃烧工艺：直接燃烧，热力燃烧，催化燃烧
生物法控制VOCS污染：是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动，并将有机物同化为CO2.H2O和细胞质的过程。
VOCS从气相传递到液相，VOCS从液相扩散到生物膜表面，VOCS在生物膜内部的扩散，生物膜内的降解反应，代谢产物排出生物膜。
生物洗涤塔：悬浮生长，连续相。
经有机物驯化的循环液有洗涤塔顶部布液装置喷淋而下，与沿塔而上的气相主体逆流接触，使气相中的有机物和氧气转入液相，进入再生器，被微生物氧化分解，得以降解。
生物滴滤塔：附着生长，非连续相。
VOCS气体由塔底进入，在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化。
生物过滤塔：附着生长，非连续相。
VOCS由塔顶进入过滤塔，在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化，净化后的气体由塔底排出。
集气罩的基本形式：密闭罩，排气柜，外部集气罩，接受式集气罩。
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。
低氮氧化物燃烧技术
先进低氮氧化物燃烧技术
3、浓淡偏差型低NOx燃烧器 u 富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx的生成 u 贫粉流因空气量多，燃料型NOx生成增多，但因温度低，热力
型NOx减少
先进低氮氧化物燃烧技术
4、空气/燃料分级的低NOx燃烧器 u 接近理论空燃比的空气和燃料
形成稳定的一次火焰 u 一次火焰区下游形成低氧还原
传统低氮氧化物燃烧技术
3、烟气循环燃烧 u 适合液态排渣炉、燃油和燃气锅炉
降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少 热力型NOx
锅 炉
空
气
空气烟气
预 热
混合器
器
去引风机 送风机
再循环风机
传统低氮氧化物燃烧技术
3、烟气循环燃烧 u 不适于固态排渣炉
传统低氮氧化物燃烧技术
4、分段燃烧技术
u 第一段：氧气不足，烟气温度低，抑制燃料型和热力型
可能需要第二种燃料， 可能导致飞灰含碳量增加
低NOx燃烧器
与空气分级燃烧 合用时超过60%
适用于新的和改造的 锅炉，中等投资 有运行经验
结构比常规燃烧器复杂， 有可能引起炉膛结渣和腐蚀，
并降低燃烧效率
低氮氧化物燃烧技术
思考题 1. 控制燃烧过程中氮氧化物排放的主要因
素有哪些？ 2. 燃料种类是否会显著影响燃烧过程产生
2 氧浓度：空气－燃料比
3 反应时间：燃料及燃烧产物在火焰 高温区和炉膛内的停留时间
4 后燃烧区的冷却程度
低氮氧化物燃烧技术概述
主要低NOx 燃烧技术
主要低NOx 燃烧技术
传统低NOx
燃烧技术
低氧燃烧
降低助燃空气预热温度
烟气循环燃烧
先进低NOx
燃烧技术
各种低氮燃烧技术的特点
各种低氮燃烧技术的特点技术01扩散式燃烧这是⼀种最简单的燃烧⽅式，该燃烧⽅式的优点是简单、容易点⽕、不会回⽕、燃烧稳定及燃具结构简单。
缺点是，对于空⽓需求量⼤的⾼热值燃⽓，靠层流扩散达不到完全燃烧，烟⽓中C0含量⽐较⾼，燃具体积⽐较⼤。
强制⿎风扩散燃烧⽅式多⽤于⼯业炉中的⼯业燃烧器。
采⽤这种燃烧⽅式需要合理地组织空⽓与燃⽓混合，避免产⽣⼤量的N0x与C0。
O2含量2%--12%；，相对点⽕容易。
但是，NOX含量⽆法控制。
技术02部分预混式燃烧部分预混式燃烧习惯上⼜称⼤⽓式燃烧。
与扩散式燃烧相⽐，部分预混式燃烧具有燃烧完全、⽕焰短、热强度⼤的优点，但是这种燃烧⽅式可能产⽣回⽕、离焰与脱⽕，在控制好⼀次空⽓的条件下，能具有⼀定范围的不离焰、不回⽕的稳定⽕焰区，在此区内可以调节热负荷。
部分预混式燃烧也有以下缺点：a.需要组织好⼆次空⽓，需要⾜够的⼆次空⽓进⼝⾯积及必要的炉膛⾼度，所以很难减⼩燃烧设备的体积。
b.燃烧产物中N0x含量较⾼，采取措施后，N0x含量降低，⽽C0含量升⾼，很难达到C0与N0x含量都降低的效果。
在有些较⼤功率燃烧器结构中，为了保证点⽕成功率，中⼼形成⽕焰⿊区，采⽤部分预混。
其他与扩散式燃烧相同。
技术03精准控制全预混式燃烧将燃烧所需空⽓精准混⼊燃⽓再进⾏燃烧的全预混式燃烧，其特点是⽕焰短，附着于燃烧表⾯，甚⾄看不到⽕焰，故也称作⽆焰式燃烧。
这种燃烧⽅式的稳定性较差，稳定燃烧的范围较⼩，必须采⽤防⽌离焰与回⽕的稳焰措施。
精准控制全预混式燃烧的优点：燃烧强度⼤，⽕焰短，可以降低炉膛⾼度；不需要⼆次空⽓，省去了⼆次空⽓的⼊⼝⾯积；具有较⼤的⾯积热强度与体积热强度，可缩⼩燃烧设备体积；⽕焰⾯可以靠近热交换器，增⼤传热系数；燃烧产物中C0及N0x含量都⽐较低。
精准控制全预混式燃烧的缺点及特殊的技术要求：当热负荷较⼤时，⽆法利⽤燃⽓⾃⾝压⼒通过引射器吸⼊空⽓，需要有保证燃⽓与空⽓混合⽐例的装置，并且维持此⽐例不受热负荷变化的影响；应有可靠的避免离焰、回⽕的稳焰措施，必要时需要冷却头部，防⽌回⽕。
高温低氧燃烧总结
1、燃料燃烧过程中生产的NOx，按其形成可分为三种：热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。
2、气体燃料燃烧过程主要生成的是热力型NOx。
3、传统的抑制热力型NOx的燃烧技术有：低氧燃烧法、分段燃烧法、烟气再循环法等。
这三种方法均可理解为偏离化学当量燃烧法，即在局部的燃烧区域中化学当量比不在燃烧反应化学当量比范围，从而抑制NOx的生成。
4、低氧燃烧在工业应用中5种有效的途径：（1）有效地组织炉膛内的气流。
选取合适的助燃空气与燃料气流的喷射速度，合理布局炉膛尺寸与内部结构及合理布置烧嘴位置、数目及燃料喷口与助燃空气喷口距离、喷射角度等。
依靠助燃空气及燃料气高速射流的卷吸效应，使炉内大量燃烧产物回流，稀释燃烧区的含氧体积浓度。
这是实现低氧燃烧的根本途径。
（2）燃料分级燃烧是实现炉内低氧燃烧的辅助措施，也是降低NOx的措施。
先将一小部分燃料（一次燃料）与预热后的高温空气在烧嘴通道内燃烧，消耗掉一部分氧量。
然后，将燃烧后的混合气流高速喷入炉内，卷吸炉内燃烧产物，稀释助燃空气的含氧体积浓度。
值得注意的是，一次燃料所占比例越低，排烟中的NOx浓度越低。
（3）燃用低热值燃料。
低热值气体燃料，如高炉煤气、发生炉煤气、转炉煤气等，发热量低于8360KJ/m3，利用率往往不高。
若采用高效蓄热式换热技术，将助燃空气与低热值气体燃料双预热到高温，仅利用燃料中CO2、N2等气体的稀释作用，就可以实现炉内高温低氧燃烧。
（4）炉外排烟再循环，利用炉外排烟作稀释剂，将引风机输出管与送风机吸入管连接，通过阀门调节吸入烟气量，实现排烟再循环，也是获得低氧燃烧的一条途径。
（5）尽可能采用较低的过剩空气系数。
在保证完全燃烧的前提下，尽可能采用较低的过剩空气系数，就可适当地降低助燃空气的喷射流速，减少炉内燃烧产物的回流比率，减少一次燃料量或减少炉外排烟再循环率等。
5、蓄热室不变情况下，换向周期越短，温度效率和热效率越高。
6、论文研究，排烟温度在120~180间，换向时间10s~30s最佳。
什么是低氮燃烧技术
什么是低氮燃烧技术？
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NO x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NO x的生成或破坏已生成的NO x。
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N O x比较有效，对燃烧型NO x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NO x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NO x也较少。
这种方法可使烟气中的NO x减少25%—50%。
低氮燃烧的原理
低氮燃烧的原理采用空气分级燃烧技术，将一次风分成浓淡两股，浓相在内，更靠近火焰中心；淡相在外，贴近水冷壁。
浓相在内着火时，火焰温度相对较高，但是氧气比相对较少，故生成的氮氧化物的几率相对减少；淡相在外，氧气比相对较大，但由于距火焰高温区域较远，温度相对较低，故氮氧化物的生成也不会很多。
这种方法可以降低NOx排放20%-30%。
3低氮燃烧器采用低氮燃烧器可以将NOx排放降低到30mg/m³以下，是目前最有效的降低NOx排放的方法之一。
低氮燃烧器一般把一次风分成浓淡两股，浓相在内，更靠近火焰中心；淡相在外，贴近水冷壁。
浓相在内着火时，火焰温度相对较高，但是氧气比相对较少，故生成的氮氧化物的几率相对减少；淡相在外，氧气比相对较大，但由于距火焰高温区域较远，温度相对较低，故氮氧化物的生成也不会很多。
总之，低NOx燃烧技术是降低NOx排放的有效手段，采用不同的方法可以达到不同的降低效果，应根据具体情况选择最合适的方法。
燃料分级燃烧是一种有效降低NOx排放浓度的方法，可使排放浓度降低50%以上。
为了保证未完全燃烧产物的燃尽，需要在再燃区上方布置"火上风"喷口，形成第三级燃烧区。
这种方法也称为燃料分级燃烧。
二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料，也可以是碳氢类气体或液体燃料，但需要选择高挥发分易燃的煤种，并磨得更细。
在再燃区中影响NOx浓度值的因素需要进行研究。
烟气再循环法是常用的一种降低NOx排放浓度的方法。
可以在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，降低燃烧温度和氧气浓度，从而降低NOx的排放浓度。
烟气再循环率为15-20%时，煤粉炉的NOx排放浓度可降低25%左右。
燃烧温度越高，烟气再循环率对NOx降低率的影响越大。
电站锅炉和烟气再循环率一般控制在10-20%。
采用更高的烟气再循环率时，燃烧会不稳定，未完全燃烧热损失会增加。
烟气再循环法可单独使用或与其它低NOx燃烧技术配合使用，但需要进行技术经济比较。
火力发电锅炉低氮氧化物(NOx)技术介绍
常规低NOx燃烧技术分析
(1) 较多的氮氧化物的生成 (2) 炉膛水冷壁严重结渣 (3) 受热面金属表面的高温腐蚀 (4) 煤粉在炉内燃烧效率低 (5) 汽水参数、受热面壁温异常
双尺度低NOx燃烧技术
双尺度低NOx燃烧技术
近壁区
中心区
#4角
前墙
#1角
#3角
后墙
#2角
双尺度低NOx燃烧技术
双尺度低NOx燃烧技术
燃料型: 在煤粉燃烧过程中产生，占总的NO排放量 的80～90%。
燃料型NOx
快速型NOx
热力型：占10%-20%，在1500℃以上形成 在燃烧过程必须控制适当的温度和氧量。
快速型：由该型产生的NOx占比例不到5%。
NOx 形成的途径
空气氮
燃烧过程 (O, OH)
燃料氮
火焰锋面 (CX, O, OH)
工程应用
工程应用
妈湾电厂300MW机组
不结渣
彻底解决结渣沾污问题
不结渣
不结渣
92.2% 91.94% 92.23% 92.01% 92.31% 92.24% 92.36% 93.01% 92.35% 92.15%
92% 92.3%
92%
92.1%
92%
93-94%
防渣、防腐、稳燃高效、低NOx多功能一体化技术！
NOx生成机理
热力型NOx
目录
1 公司基本业务 2 双尺度低NOx燃烧技术 3 工程应用情况 4 LYSC低NOx燃烧技术 5 几个关心的问题
目录
1 双尺度低NOx燃烧技术 2 工程应用情况 3 LYSC低NOx燃烧技术 4 几个关心 的问题
双尺度低NOx燃烧技术的发展
(一)初始技术思想：主燃区的“风包粉”和“气膜冷却” (二)空间优化技术——双区燃烧技术 (三)过程优化技术——双尺度燃烧系统技术 (四) 结合创新——等离子体双尺度低NOx燃烧技术
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。
空气分级低NOx燃烧技术的运行费用及工程应用
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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
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收稿日期:2000-09-08;修订日期:2000-11-27作者简介:朱 彤(1969-),男,浙江杭州人,同济大学副教授,博士.文章编号:1001-2060(2001)03-0328-04低NO x 高温空气燃烧技术朱 彤1,饶文涛2,刘敏飞1,张毅勐1,张鹤声1(1.同济大学热能工程系,上海 200092;2.上海宝钢研究院设备研究所,上海 201900)摘 要:低NO x 高温空气燃烧技术将传统的低NO x 燃烧技术与高温蓄热式燃烧系统有机地结合起来,具有热效率高、炉内温度分布均匀、NO x 排放量低等特点。
本文介绍了高温空气燃烧技术,重点分析了高温空气燃烧技术中的低NO x 排放的原理,并对两种采用烟气再循环和分级燃烧技术的低NO x 高温空气燃烧器进行阐述。
关键词:低NO x ;高温空气燃烧;蓄热式燃烧器;燃烧技术中图分类号:TK223.23 文献标识码:A1 引言80年代初,Hot Work 公司和British Gas 公司开发了一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的陶瓷蓄热式燃烧器(RCB ———Regenerative Ceramic Burner ),用于小型玻璃熔炉上。
其后,RCB 被应用于美国和英国的钢铁和熔铝行业中。
尽管当时这种燃烧器具有NO x 排放量大和系统可靠性差等问题,但由于它能使烟气余热利用达到接近极限的水平,节能效益巨大,因此在美国、英国、日本等国家得以推广应用[1]。
90年代初,蓄热式空气预热技术在我国的工业炉窑上得到成功的应用,并研制出了自己的专利技术,取得了显著的经济效益。
有关高校、研究部门还对蓄热体材料、结构、传热机理等进行了研究[2]。
但当时人们并没有把它和新型燃烧技术联系起来,仅仅当作研制一种用于余热回收的特殊烧嘴,因此,也就没有把这种燃烧方式与高温燃烧所可能导致的大量NO x 排放相联系[3]。
本文着重介绍高温空气燃烧技术中的低NO x 技术及其原理。
2 高温空气燃烧技术蓄热式燃烧系统(High -cycle Regenerative c om -bustion System 简写为HR S )一般要求烧嘴成对安装,可相对布置,也可在同一侧,见图1。
当烧嘴A 工作时,加热工件后的高温废气经由烧嘴B 排出,加热蓄热体B ,将排烟温度降低到200℃以下甚至更低。
经过一定时间间隔(20s ～200s )后,切换阀使助燃空气流经蓄热体B ,充分吸收废气所排放的显热,通过烧嘴B 完成燃烧过程;同时,烧嘴A 和蓄热体A 转换为排烟和蓄热装置。
通过这种交替运行方式,实现蓄热式燃烧和空气的高温预热,可见,助燃空气吸收废气的显热愈多,则系统热效率愈高。
日本研究人员用蜂窝式蓄热体回收废气余热,使被加热的空气温度达到1000℃～1100℃,而加热炉的排烟温度降为150℃～200℃,大大提高了炉子的热效率。
图1 蓄热式燃烧系统原理图然而依据现有理论可知,随着送入炉膛的空气温度提高,势必提高燃料燃烧的理论燃烧温度,将使热力型NO x 的排放量急剧增大,与环境保护的要求背道而驰。
如何解决这个矛盾是摆在热能工作者面前的一个攻关课题。
80年代末,日本人提出了一种新概念燃烧技术———高温空气燃烧技术[4](High Temperature Air Combustion 简写为HTAC ,或Highly Preheated Air Combustion 简写为HPAC ),该技术主要包括两项基本技术手段:一是燃烧用空气最大限度回收(或称极第16卷(总第93期) 热能动力工程 2001年5月限回收)废气的显热;二是采用燃料在低氧气氛下燃烧技术来降低NO x的生成量。
为防止蓄热器和切换阀的烟尘粘污,目前应用HTAC技术的工业炉中绝大部分使用的是气体燃料。
在日本一些现代化冶金企业的商业应用结果表明:HATC技术可节能40%～50%,单位能耗量减少30%,NO x排放量降低到40～70mg/m3的水平,炉膛内温度分布均匀,相关生产设备的尺寸大幅度减小,燃烧噪音降低。
3 低NO x燃烧技术燃料燃烧过程中生成的NO x,按其形成可分为三种:热力型NO x、快速型NO x和燃料型NO x。
气体燃料燃烧过程主要生成的是热力型NO x。
传统的抑制热力型NO x的燃烧技术有:低氧燃烧法、分段燃烧法、烟气再循环法等。
这三种方法均可理解为偏离化学当量燃烧法,即在局部的燃烧区域中化学当量比不在燃烧反应化学当量比范围,从而抑制NO x的生成。
在高温空气燃烧技术中,由于燃烧用空气被预热到很高的温度(≥800℃),大大超过了燃气的着火温度,因而燃气只要遇到氧就可发生剧烈化学反应,着火、燃烧的稳定性极好,日本长谷川敏明对丙烷燃烧过程的研究表明:当空气温度高于900℃、含氧量5%时,仍可获得稳定的燃烧火焰[5]。
假如助燃空气中氧浓度比较高,则燃料中的C、C m H n、CO、H2等可燃成分与氧混合加快,反应生成C O2和H2O,同时也将大量生成NO x。
假如助燃空气中氧浓度比较低,则燃烧过程将受到燃气与氧的混合过程控制。
由于燃气与氧气的燃烧反应活化能低于氧原子与氮气的反应活化能,所以,燃气首先与氧气发生燃烧反应;只有当氧气有剩余时,才进行氧原子和氮原子的反应,生成NO x。
只要合理控制炉内氧浓度的分布,使氧浓度在整个炉膛空间分布均匀且较低,则燃烧过程将充满整个炉膛空间,不会出现局部炽热点,抑制了燃烧过程的最高温度,使整个炉膛内温度分布均匀。
Jianwei Yuan和Ichiro Naruse的数值模拟结果表明:氧浓度为4%时(采用氮气稀释空气),火焰最高温度与平均温度的比值不大于1.1,而氧浓度为21%时,燃烧器出口附近火焰最高温度与平均温度的比值为1.57[6]。
与传统火焰温度分布相比,高温低氧燃烧过程中火焰的最高温度相对较低,但整个炉膛内的平均温度较高,强化了炉内换热。
实际研究表明,当燃烧温度低于1300℃时,热力型NO x生成量比较少。
这样,尽管空气被预热到很高温度,但由于火焰的最高温度相对较低,则抑制了NO x的生成,如空气预热到1150℃,空气含氧由21%降到2%时,NO x的生成量由3750mg/m3减少到54mg/m3,见图2[7]。
图2 不同含氧量下空气预热温度与氮氧化物生成量关系4 低NO x高温空气燃烧器4.1 FDI型燃烧器和FL OX型燃烧器FDI(Fuel Direct Injection)型燃烧器是日本研制的低NO x高温空气燃烧器[8],热功率多在1MW以下,见图3。
它主要是利用一组喷管作为燃烧器的烧嘴,所喷出的高速气流卷吸炉内的烟气,形成炉内烟气再循环,从而降低空气射流中的氧浓度,抑制NO x的生成。
实验研究表明,提高空气射流速度,或者扩大空气喷口之间的间距,并将喷管平行布置(空气喷管交角为0°),以推迟燃气与空气的混合,都可以减少NO x的排放,试验结果见图4。
图3 FDI型燃烧器结构·329·第3期 朱 彤,等:低NO x高温空气燃烧技术图4 空气喷口距离与空气流速对氮氧化物生成量的影响德国研制的FLOX 燃烧器[9](Flameless OxidationBurner )与FDI 燃烧器的工作原理一致,将普通高速燃烧器的环形空气喷口改为一组围绕燃气喷口的多个小喷口,扩大空气射流与炉内烟气的接触面积,增大空气射流对炉内烟气的卷吸量,降低空气射流中的氧浓度,并且通过加大空气喷口间距推迟空气与燃气的混合,从而降低火焰的最高温度。
由图5可见,空气预热到750℃,普通高速燃烧器的火焰最高温度高于2000℃,而FLOX 燃烧器的火焰最高温度只有1400℃左右。
因此,FLOX 燃烧器的NO x 排放量较低是完全可以理解的。
图5 普通燃烧器与FLOX 燃烧器的比较4.2 HRS -DL 型燃烧器日本研制的HRS -DL 型燃烧器结构[10]见图6,热功率多在5MW 以下。
其特点是:(1)空气从烧嘴中心区直接以高速喷出,促进炉内烟气再循环;(2)燃气喷口不放在烧嘴砖通道内,而是缩在烧嘴砖的后面,有效地防止了蓄热期流入的高温烟气对喷口的氧化作用或结焦;(3)一次燃气(F1)沿烧嘴砖通道的内表面喷出,二次燃气(F2)是在烧嘴通道的端面直接喷向炉内,调节F1和F2的比例可以使火焰的形态和炉子的内形相适应。
图6 HRS -DL 型燃烧器结构从应用结果来看,空气流速越高,NO x 含量越低。
F1方式主要用于冷炉升温(炉温800℃以下),正常情况下(炉温800℃以下)就切换成F1和F2组合方式。
F1的燃烧属于富氧燃烧,在高温条件下,将很快完成,同时生成一部分NO x ,所以,要求一次燃气量F1比F2少得多。
燃烧后的烟气在流经优化设计的喷口后,形成高速烟气射流和周围的卷吸回流流动。
而大量燃气则通过二次燃气通道F2喷入炉内,此时,二次燃气将与含氧浓度较低的烟气混合。
尽管使用了高温空气,但没有出现局部的炽热高温区,燃烧是在温度相当均匀的区域内进行,抑制了NO x 的生成。
综上所述,HRS -DL 型燃烧器综合采用了分级燃烧和烟气再循环的技术手段。
总之,低NO x 高温空气燃烧器与传统的低NO x 燃烧器相比,其喷口结构基本相似,但射流速度更高,喷口间距更大,以保证燃气与空气混合点的位置在更低的氧浓度范围内,这是因为空气预热后的温度远高于燃气着火的温度,保证了燃气着火和燃烧的稳定性。
5 结语低NO x 高温空气燃烧技术将传统的低NO x 燃烧技术与蓄热式燃烧系统有机地结合起来。
蓄热式燃烧系统不仅最大限度回收烟气所排放出的显热,提高助燃用空气的温度,而且它为燃气低氧燃烧过程中的着火、燃烧的稳定性提供了保障,因而可以组织过量空气系数略大于1.0的低氧燃烧,大幅度降低NO x 的排放。
高温低氧空气燃烧技术正在全世界引起极大的关注,在气体、液体燃料燃烧技术开发中具有极大的潜力,在固体燃料气化、生物质燃料的(下转第321页)·330·热能动力工程 2001年达到某一中间浓度所需的时间,t=mm s ·lnC∞-C0caC∞-C如果一个反应系统m s为1kg/s,循环倍率为20,那么系统的物料量m应在100kg以上,并假定初始亚硫酸钙和CaO的含量均为零,由式(10)可粗略计算出亚硫酸钙和CaO达到与平衡浓度的不同比值所需时间,见表3。
表3 亚硫酸钙和CaO达到某一中间浓度所需时间(初始浓度均为零)所达平衡浓度的百分比/%7080909599所需时间/s120161230300460 事实上,在动态过程中,亚硫酸钙的生成率N＊sul 和脱硫效率ηs不是常数,一个脱硫反应所生成的固体物也不可能瞬间反应在系统中混合均匀,因此实际过程中所需要的时间比计算值长,对实际过程上述计算结果还需进行修正。