4低氮燃燒技術(shù)原理-培訓(xùn)教程要點(diǎn)

1、京能集團(tuán)運(yùn)行人員培訓(xùn)教程BEIH Plant Course低氮燃燒技術(shù)原理low NOX combustion technologyMAJTD NO.100.21低氮燃燒技術(shù) 11.1 NOX產(chǎn)生機(jī)理和抑制方法 11.2 影響NO粒成量的因素 62 .低氮燃燒技術(shù) 132.1 基本原理133 .空氣分級(jí)低NOXB燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析 153.1 空氣分級(jí)燃燒的基本原理 153.2 空氣分級(jí)燃燒的主要形式 153.3 軸向空氣分級(jí)燃燒的影響因素 163.4 徑向空氣分級(jí)燃燒的影響因素 163.5 燃盡風(fēng)的種類 173.6 燃盡風(fēng)布置方式的選擇 223.7 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景 234

2、 .燃料分級(jí)燃燒244.1 燃料再燃的原理 244.2 再燃燃料的選擇 254.3 再燃燃料的選取 254.4 影響再燃效果的主要因素 274.5 燃料再燃技術(shù)的發(fā)展前景 275 .煙氣再循環(huán)低 NOX然燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析 275.1 煙氣再循環(huán)機(jī)理 285.2 煙氣再循環(huán)率的選擇 285.3 利用煙氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn) HTAC296 .低NOXB燒器技術(shù)原理及型式 296.1 低NOXB燒器的原理 296.2 直流煤粉燃燒器 306.3 旋流煤粉燃燒器 326.4 雙調(diào)風(fēng)燃燒器 337 .低NOX然燒器的發(fā)展前景 398題庫(kù)411低氮燃燒技術(shù)1.1 NOX產(chǎn)生機(jī)理和抑制方法鍋爐燃燒過(guò)程中成

3、成的氮氧化物(主要是NO和NO)嚴(yán)重地污染了環(huán)境。因此，抑制NOX勺生成已成為大容量鍋爐的燃燒器設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)必須考慮的主要問(wèn)題之一。鍋爐燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOX-般可分為三大類： 即熱力型NOX(Thermaol NOX)燃料型NOX( Feul NOX、和快速型NOX (Prompt NOX)。上述3種氮氧化物的組成隨燃料含氮量不同有差別。對(duì)于燃煤，通常燃料型NOX占70%85%,熱力型NOX占15%25%,其余為少量的快速型 NOX爐膛溫度/匕圖1-1 不同類型NOX生成量與爐膛溫度的關(guān)系1.1.1熱力型:熱力型NOX是高溫下空氣中氮?dú)庋趸?，其生成機(jī)理是由原蘇聯(lián)科學(xué)家捷里道維奇提出來(lái)的。

4、溫度對(duì)熱力型 NOX的影響十分非常明顯，熱力型NOX又稱為溫度型 NOX。當(dāng)燃燒溫度低于1800K時(shí)，熱力NOX生成極少；當(dāng)溫度高于 1800K時(shí)，反應(yīng)逐漸明顯，且隨溫度的升高，NOX生成量急劇升高?？刂茻崃π蚇OX的關(guān)鍵在于降低燃燒溫度水平，避免局(1)產(chǎn)生機(jī)理:1)化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)物、生成物活化能的影響:按澤爾多維奇機(jī)理，NO生成可用如下一組不分支連鎖反應(yīng)來(lái)說(shuō)明。02f O+ON2+Of NO+NN+O2-NO+O上述反應(yīng)是一個(gè)連鎖反應(yīng)，決定NO生成速度的是原子N的生成速度，反應(yīng)式N+O2- NO+O相比于式 刈+O- NO+N是相當(dāng)迅速的，因而影響NO生成速度的關(guān)鍵反應(yīng)鏈 是反應(yīng)式 N2+

5、O NO+N,反應(yīng)式 N2+O一 NO+N是一個(gè)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的活化能由反應(yīng)式 反應(yīng)和氧分子離解反應(yīng)的活化能組成，其和為542X103J/mol。分子氮比較穩(wěn)定，只有較大的活化能才能把它氧化成 NO,在反應(yīng)中氧原子的作用是活化鏈接的環(huán)節(jié)，它源于O2在高溫條件下的分解。熱力型 NOX的生成量伴隨氧氣濃度和溫度的增大而加大。正因?yàn)檠踉雍偷?分子反應(yīng)的活化能很大，而原子氧和燃料中可燃成份反應(yīng)的活化能又很小，在燃燒火焰中生成的原子氧很容易和燃料中可燃成份反應(yīng)，在火焰中不會(huì)生成大量的NO, NO的生成反應(yīng)基本上在燃料燃燒完了之后才進(jìn)行。熱力型NOX的生成速度要比相應(yīng)的碳等可燃成份燃燒速度慢，主要生成區(qū)

6、域是在火焰的下游位置。2）反應(yīng)時(shí)間的影響：在鍋爐燃燒水平下，NO生成反應(yīng)還沒(méi)有達(dá)到化學(xué)平衡，因而 NO的生成量將隨煙氣在 高溫區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間增長(zhǎng)而增大。另外，氧氣的濃度直接影響NO的生成量，氧濃度水平越高，NO的生成量就會(huì)越多。當(dāng)溫度高于 1500c時(shí)，NO生成反應(yīng)變得十分明顯，隨著溫度 的升高，反應(yīng)速度按阿累尼烏斯定律按指數(shù)規(guī)律迅速增加。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，溫度在1500 C以上附近變化時(shí)，溫度每升高 100C,上述反應(yīng)的速度將增大 6-7倍?？梢?jiàn)溫度具有決定性 影響。因此也就把這種在高溫下空氣中的氮氧化物稱之為溫度型NOX。（2）熱力型NOX的抑制：熱力型NOX的產(chǎn)生源于空氣中的氮?dú)庠?1500

7、 C以上的高溫反應(yīng)環(huán)境下氧化，所以，控 制熱力型NOX的主要從一下幾方面入手：1）降低燃燒反應(yīng)是的溫度，避開(kāi)其反應(yīng)所需要的高溫環(huán)境；2）使氧氣濃度處于較低的水平；3）減少空氣中的氮?dú)鉂舛龋?）縮短熱力型 NOX生成區(qū)的停留時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)燃燒過(guò)程中以空氣為氧化劑時(shí)控制N2的濃度不容易實(shí)現(xiàn)，而富氧燃燒或純氧燃燒技術(shù)就是以減少 用從而減少熱力型NOX的一種方法。降低燃燒溫度在工程實(shí)踐 中是通過(guò)向火焰面噴射水 /水蒸氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。降低氧濃度可以通過(guò)煙氣循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既可以降低氧濃度，同時(shí)可以降低火焰的溫度。 此外分級(jí)燃燒和濃 淡燃燒技術(shù)也可以控制熱力型 NOX。1.1.2

8、快速型：快速型NOX主要是指燃料中的碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的燃與燃燒空氣中的N2分子發(fā)生反應(yīng)形成的 CN HCN繼續(xù)氧化而生成氮氧化物。因此，快速型氮 氧化物主要產(chǎn)生于碳?xì)浠衔锖枯^高、氧濃度較低的富燃料區(qū)。 快速溫度型NO戲空氣中的氮分子在著火初始階段，與燃料燃燒的中間產(chǎn)物燒 (CHi)等發(fā)生撞擊，生成中間產(chǎn)物HCN和CN等，在經(jīng)氧化最后生成 NOX其轉(zhuǎn)化率取決于過(guò)程中空氣過(guò)剩條件和溫度水平。(1)產(chǎn)生機(jī)理：快速溫度型NOX的產(chǎn)生是由于氧原子濃度遠(yuǎn)超過(guò)氧分子離解的平衡濃度的緣故。測(cè)定 發(fā)現(xiàn)氧原子的濃度比平衡時(shí)的濃度高出十倍，并且發(fā)現(xiàn)在火焰內(nèi)部，由于反應(yīng)快，O、OH、H的濃

9、度偏離其平衡濃度，其反應(yīng)如下：H+O2 - OH+O O+H2f OH+H OH+ H2fH2O+H可見(jiàn)，快速溫度型 NOX的生成可以用擴(kuò)大的澤爾多維奇機(jī)理解釋，但不遵守氧分子離 析反應(yīng)處于平衡狀態(tài)這一假定。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著燃燒溫度上升，首先出現(xiàn)HCN,在火焰面內(nèi)到達(dá)最高點(diǎn)，在火焰面背 后降低下來(lái)。在 HCN濃度降低的同時(shí)，NO生成量急劇上升。還發(fā)現(xiàn)在HCN濃度經(jīng)最高點(diǎn)轉(zhuǎn)入下降階段時(shí)，有大量的 NHi存在，這些胺化合物進(jìn)一步氧化生成NO。其中HCN是重要的中間產(chǎn)物，90%的快速溫度型 NOX是經(jīng)HCN而產(chǎn)生的。快速溫度型 NOX的生成量受溫度 的影響不大，而與壓力的 0. 5次方成正比。在煤粉

10、爐中，其生成量很小，一般在5%以下。正常情況下，對(duì)不含氮元素的碳?xì)淙剂系妮^低溫度的燃燒反應(yīng)中，才著重考慮快速型NOX。(2)快速型NOX的抑制原理快速型NOX的特征是溫度依賴性低，生成速度快。根據(jù)快速型NOX的生成機(jī)理考慮，它是由N2分子和CHI自由基反應(yīng)生成的 HCN , HCN又被數(shù)個(gè)基元反應(yīng)氧化而成的。所以 快速型NOX的控制主要從兩個(gè)方面來(lái)入手考慮 ：抑制N2分子和CHI自由基的反應(yīng)以及 HCN 的多個(gè)基元反應(yīng)。1.1.3燃料型：燃料型NOX是燃料中氮化合物在燃燒過(guò)程中熱分解且氧化而生成的，是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生氮氧化物的主要途徑，其生成量主要與氧濃度（化學(xué)當(dāng)量比）有關(guān)。燃料型NOX包括揮

11、發(fā)分中均相生成的 NOX和由殘焦中異相生成的 NOX兩部分。揮發(fā)分中的氮主要以 HCN和 NHi的形式析出，隨后氧化生成 NOX。焦炭中氮可以通過(guò)異相反應(yīng)氧化生成NOX。其中由揮發(fā)分燃料氮轉(zhuǎn)化而成的燃料型NOX （簡(jiǎn)稱揮發(fā)分燃料型 NOX）約占60%80%,由焦炭燃料氮轉(zhuǎn)化而成的 NOX （簡(jiǎn)稱焦炭燃料型 NOX）約占20%40%。燃料中氮的化合物中氮是以原子狀態(tài)與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合的，與空氣中氮相比，其結(jié)合鍵能量較小，因而這些有機(jī)化合物中的原子氮較容易分解出來(lái)，氮原子的生成量大大增加，液體與固體燃料燃燒時(shí)，由于氮的有機(jī)化合物放出大量的氮原子，因此無(wú)論是揮發(fā)燃燒中還是焦炭燃燒階段都生成大量的N

12、O。就煤而言，燃料氮向NOX轉(zhuǎn)化過(guò)程大致有三個(gè)階段：首先是有機(jī)氮化合物隨揮發(fā)分析出一部分，其次是揮發(fā)分中氮化合物燃燒，最后是炭骸中有機(jī)氮燃燒。（1）產(chǎn)生機(jī)理：燃料燃燒時(shí)，燃料氮幾乎全部迅速分解生成中間產(chǎn)物 I,如果有含氧化合物 R存在時(shí)，則 這些中間產(chǎn)物1（指N, CN, HCN和NHi等化合物）與R（指O,O2和OH等）反應(yīng)生成NO,同時(shí)I還可以與NO發(fā)生反應(yīng)生成 N2：燃料（N） 一 II+R-NO+,I+NO-N2，燃煤中的氮分為揮發(fā)性氮和焦炭氮，其中揮發(fā)性氮被釋放后含有一定量的NH3,并按下式進(jìn)行反應(yīng)：NH3+02-NO+,焦炭 N+O2 NO+,燃煤中的氮生成 NOX主要取決于煤中的

13、含氮量，顯然煤中的含氮量越高，生成的 NOX 越多。當(dāng)鍋爐內(nèi)生成 NOX時(shí)，還存在一系列氧化還原反應(yīng)。燃料氮的轉(zhuǎn)化率主要受溫度、過(guò)量空氣系數(shù)（富裕氧濃度）和燃料含氮量的影響，一般在10%45%范圍內(nèi)。隨著氮的轉(zhuǎn)化率（主要受溫度影響）升高，燃料氮轉(zhuǎn)化率不斷提高， 但這主要發(fā)生在 700 c 800c溫度區(qū)間內(nèi)。因?yàn)槿剂螻O既可通過(guò)均相反應(yīng)又可通過(guò)多相反應(yīng)生成， 燃燒溫度很低 時(shí)，絕大部分氮留在焦炭?jī)?nèi)；而溫度很高時(shí)， 70% -90%的氮以揮發(fā)分形式析出。浙江大學(xué)研 究表明，850c時(shí)，70%的NO來(lái)自焦炭燃燒；1150c時(shí)，這一比例降至 50%。由于多相反應(yīng) 的限速機(jī)理，在高溫時(shí)可能向擴(kuò)散控制方

14、向轉(zhuǎn)變，故溫度超過(guò) 900 c以后，燃料氮轉(zhuǎn)化率只 有少量升高。其主要的生成階段是燃燒起始時(shí)候，在煤粉爐占NOX生成總量的約60% 80%左右，目前對(duì)燃料型 NOX的研究仍在繼續(xù)深入。燃煤中氮元素的含量一般約為0.5%2.5%,以N原子狀態(tài)與煤中的碳?xì)浠衔锵嗑o密結(jié)合，以鏈狀或環(huán)狀形式存在，主要是以N-C和N-H鍵的形式存在，N-C和N-H鍵要比分子氮的 N-N鍵能小的多，更容易被氧化斷裂生成NOX,從這個(gè)反應(yīng)的機(jī)理可以看出燃料型NOX要比熱力型NOX更容易產(chǎn)生。由于這種氮氧化物是燃料中的氮化合物經(jīng)過(guò)熱分解和氧化產(chǎn)生的，故稱之為燃料型NOX。而焦炭氮煤在通常的燃燒溫度下以產(chǎn)生燃料型和熱力型NO

15、X為主，對(duì)不含氮的碳型燃料，只在較低溫度燃燒時(shí)，才需要重點(diǎn)考慮快速型NOX,而當(dāng)溫度超過(guò)1000 c時(shí)，則主要生成熱力型NOX?？梢?jiàn)，降低燃燒溫度可有效減少NO的生成，但當(dāng)溫度降低到 900 c以下時(shí)，燃料N向N2 O的轉(zhuǎn)化率將提高。因此，僅通過(guò)降低燃燒溫度來(lái)控制NOX的排放是不夠的，需要兼顧各方面因素。(2)燃料NOX的抑制：經(jīng)理論和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，煤粉中氮轉(zhuǎn)化成NOX的量主要取決于爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)的高低，當(dāng)煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒時(shí)，揮發(fā)出來(lái)的N和C, H競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中不足的氧氣。但是由于氮競(jìng)爭(zhēng)能力相對(duì)較弱，這就減少了NOX的形成；氮雖競(jìng)爭(zhēng)氧能力較差，但是卻可以之間相互作用而生成無(wú)害的氮?dú)夥肿印?/p>

16、由以上結(jié)論可以看出， 在富燃料條件下降低爐內(nèi)的過(guò)量空氣系數(shù)能在很大程度上抑制燃料型NOX的生成。同時(shí)，燃料中的含氮量也是影響燃料型NOX生成的一個(gè)重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，含氮量越高的燃料生成 NOX的轉(zhuǎn)化率越低。但是由于基數(shù)相對(duì)較大，實(shí)際燃燒過(guò)程中高含氮量燃 料最終所產(chǎn)生的燃料型 NOX要遠(yuǎn)大于含氮量低的燃料。研究表明燃料中的氮是在較低溫度 下就開(kāi)始分解，故溫度對(duì)燃料型NOX的生成影響不是很大。綜上所述，降低燃料型 NOX的主要因素是減少反應(yīng)環(huán)境中的氧氣濃度，使煤粉在a<1環(huán)境中進(jìn)行燃燒反應(yīng)；在擴(kuò)散燃燒時(shí)候推遲空氣和燃料的混合；在允許條件下應(yīng)當(dāng)燃用含氮量低的燃煤。燃燒過(guò)程中最終生成的 NO濃

17、度和燃料中氮全部轉(zhuǎn)化成 NO時(shí)的濃度比為燃料型 NOX的轉(zhuǎn)化率CR=【最終生成的 NO濃度】+【燃料全部轉(zhuǎn)化成 NO的濃度】試驗(yàn)研究表明，影響 CR的主要因素是煤種特性以及爐內(nèi)的燃燒條件。用揮發(fā)分化學(xué)當(dāng)量比(SRV Stoichiometric Ratio of Volatile )來(lái)表征揮發(fā)分燃燒過(guò)程中的 氣氛。對(duì)揮發(fā)份析出時(shí)刻進(jìn)行氣氛的有效控制，可以有效抑制NOX的生成，這一結(jié)論從微觀角度驗(yàn)證了空氣分級(jí)技術(shù)對(duì) NOX深層控制的可行性。1.2影響NOXfc成量的因素1.2.1 煤質(zhì)條件煤是一種含有大量 C, H, O和少量S, N等有機(jī)物和部分無(wú)機(jī)物的沉積巖。煤里面的N原子一般是以鏈狀或者環(huán)

18、狀兩種形態(tài)存在于物質(zhì)當(dāng)中，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，如果N以環(huán)狀形態(tài)存在于物質(zhì)中，通過(guò)燃燒一般不會(huì)轉(zhuǎn)化成為氮氧化物，所以對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較少，但是如果以鏈狀的形態(tài)存在于物質(zhì)中，經(jīng)過(guò)劇烈的燃燒化學(xué)反應(yīng)多數(shù)被氧化成氮氧化物，造成大氣污染。然而煤中的 N元素的主要存在形式為鏈狀，所以煤燃燒過(guò)程就伴隨大量的氮氧化物的 產(chǎn)生。(1) 煤質(zhì)氮含量：常規(guī)燃料中，除天然氣基本上不含氮化物外， 其他燃料或多或少地含有氮化物， 其中石 油的平均含氮量為 0.65%左右，煤的含氮量一般在 0.5%2.5%左右。通常，燃料中大約20% 80%的N轉(zhuǎn)化為NOX ,其中NO又占90%95%。當(dāng)燃料中的 N含量超過(guò)0.1%時(shí)，燃料型 N

19、OX排放將是最主要的。燃料的 N含量增加時(shí)，雖然生成的燃料型 NOX量增加，但NOX的 轉(zhuǎn)化率卻減少；煤的燃料比 FC/V越高，NOX的轉(zhuǎn)化率越低。(2) 揮發(fā)分含量我國(guó)發(fā)電用煤中 N和揮發(fā)分含量：對(duì)于所考察數(shù)據(jù)庫(kù)中的煤種，隨干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 含量(Vdaf )的增加，收到基N含量(Nar)呈逐漸降低的趨勢(shì)， 只有少數(shù)揮發(fā)分很高的褐煤稍偏 離這一趨勢(shì)。鍋爐燃用煤種主要是貧煤和煙煤，但揮發(fā)分含量在20%30%之間的較少，因?yàn)檫@一范圍的煙煤主要是煉焦煤.不用作鍋爐燃料對(duì)于所統(tǒng)計(jì)的鍋爐和煤種。燃煤高揮發(fā)分含量煤的鍋爐NO排放量一般較低。相比起來(lái)，燃用貧煤比燃用煙煤的鍋爐 NO排放質(zhì)量濃度高得多，如圖

20、1-2、圖1-3。過(guò)量空氣系數(shù)d*詞青墀R &樹(shù)裙 5 口 5 口 5D5D5口過(guò)量生母。信. .7 6543 2 1圖1-2無(wú)煙煤揮發(fā)份氮yv與a關(guān)系圖1-3 煙煤揮發(fā)份氮y v與a關(guān)系煤的揮發(fā)分含量是影響國(guó)內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果和實(shí)際鍋爐現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)表明,鍋爐NOX生成和排放量的主要因素之一，這是因?yàn)槊褐袚]發(fā)分的釋放和燃燒相當(dāng)程度上決定了煤粉火焰特別是燃燒初期高溫區(qū)的溫度及其分布,因此.在燃燒空氣充分的條件下.高揮發(fā)分煤燃燒的火焰溫度高，這種情況下燃燒生成的NOX質(zhì)量濃度隨煤的揮發(fā)分的增加而增加，但另一方面.揮發(fā)分的釋放和快速燃燒可迅速、大量消耗O,導(dǎo)致燃燒初期火焰區(qū)貧氧甚至出

21、現(xiàn)還原氣氛區(qū)。從而抑制揮發(fā)分氮向NOX的轉(zhuǎn)化和燃料 NOX的生成，這是低NOX煤粉燃燒器控制 NOX生成的主要依據(jù)之一。此時(shí)，煤中揮發(fā)分含量增加，隨熱解析出NOX隨煤中揮發(fā)分含量的增加而到火焰中的氮一般較多且較多地被還原。因而鍋爐生成的 降低。1.2.2 鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行條件(1) 低NOX燃燒系統(tǒng)的影響通過(guò)低NOX燃燒器對(duì)煤粉的燃燒組織，促進(jìn)揮發(fā)分析及揮發(fā)分氮的大量析出，通過(guò)主燃燒區(qū)低過(guò)量空氣系數(shù)抑制揮發(fā)分氮向NO的轉(zhuǎn)化，而爐內(nèi)深度空氣分級(jí)的采用則促進(jìn)NOX的還原，高揮發(fā)分煤因相對(duì) N含量低且燃料N的轉(zhuǎn)換可得到有效抑制，因此這種控制方式對(duì)高揮發(fā)分煤NOX排放控制更為有效。(2)焦氮含量隨

22、溫度變化趨勢(shì)，如圖1-40 植)1W) 150 久H) 300 400 h(W 600 7CK) 800(4)機(jī)組負(fù)荷對(duì)氮氧化物排放影響(3)煤粉細(xì)粒對(duì)燃料 N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分 N比例的影響，如圖1-5y< 80 70 0504030 2010 0圖1-5機(jī)組負(fù)荷的高低直接影響了爐膛溫度的高低，而溫度對(duì)熱力型和快速型氮氧化物的影響很大，從而對(duì)氮氧化物的排放產(chǎn)生影響，因此不同負(fù)荷下氮氧化物的排放也有不同。如圖1-6,說(shuō)明降低爐膛溫度也是降低氮氧化物的一個(gè)重要思路，但是鍋爐運(yùn)行爐內(nèi)溫度不宜過(guò)度的降低(尤其是鍋爐燃用劣質(zhì)煤)會(huì)導(dǎo)致鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃性能降低、燃燒效率降低，甚至 有熄火的危險(xiǎn)。皆懣*S

23、WIOI圖1-6(5) 爐膛氧量對(duì)氮氧化物排放影響對(duì)神華煤燃燒過(guò)程中試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)SRV值小于1.1時(shí)，NO析出量很小，當(dāng) SRV大于1.11時(shí)，揮發(fā)份燃燒后 。2開(kāi)始有 部分剩余，造成 HCN, NH3等前驅(qū)物的大量氧化，引起 NO的快速增加。在SRV= 1.58之后，可以明顯觀察到焦炭的燃燒，并且隨著02量的增加，加速了 02從周圍空間向焦炭表面的擴(kuò)散，焦炭的非均相氧化，焦炭NOX也會(huì)迅速增加。在 SRV增大至IJ2.38時(shí)達(dá)到最大值，隨后隨 SRV增大開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。適當(dāng)?shù)母邷赜欣谠缙趽]發(fā)份的 快速析出，降低整體 NOX析出比例，如圖1-7OOOOOOOOOOO 0864208642

24、2 11111JW痂腋IKNfrONB指圖1-7(6) NOX排放量與一次風(fēng)的關(guān)系傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)一次風(fēng)配比方式，見(jiàn)表1-1煤種干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量Vdaf/%一次風(fēng)率直流燃燒器旋流燃燒器SRV無(wú)煙煤280.15 0.22.57.5貧煤8190.15 0.21.06 1.875煙煤20 300.25 0.31.0 1.2530 40= 0.30.3 0.4= 1.0褐煤40 50一0.35 0.40.80.875推薦值SRW 1.0圖1-8化氮排放量與一次風(fēng)率的關(guān)系量10氧圖1-90:04 2 0900圖 1-10從圖1-10氧量變化對(duì) NOX排放影響顯著，在 300MW工況下，配風(fēng)方式相同時(shí)，當(dāng)

25、氧 量從4%降至2%時(shí)，一般NOX的排放量能減少150350mg/m 3左右。氧量降低對(duì) NOX排放 的減少主要原因是當(dāng)氧量減少時(shí)，燃料型NOX的生成明顯減少所致。應(yīng)控制一次風(fēng)的SRV<1.0在煤粉著火之間找到最佳值，同時(shí)避免二次空氣在揮發(fā)份燃 燒階段過(guò)早混入。(7) 風(fēng)、煤配比對(duì)氮氧化物排放影響隨著氧量的降低，相同配風(fēng)方式下 NOX的排放濃度也逐漸降低， NOX的排放濃度排放 濃度和配風(fēng)方式正塔、均等、束腰、倒塔依次呈降低趨勢(shì)。說(shuō)明配風(fēng)方式對(duì)NOX的排放濃度影響顯著。1)正塔配風(fēng)時(shí)，由于煤粉燃燒所需的空氣在燃燒初期就已大量混入主燃燒區(qū)，主燃燒區(qū)氧化性氣氛較濃，因此導(dǎo)致燃燒區(qū)的NOX生成

26、得不到有效抑制，盡管這種燃燒方式下，主燃燒區(qū)溫度比其他方式低，但由于燃料型NOX的生成在燃燒初期呈主導(dǎo)地位，因此，該方式下NOX的排放濃度是最高的。2)均等配風(fēng)方式與束腰配風(fēng)方式下，NOX的排放特性接近，相比均等配風(fēng)方式略比束腰配風(fēng)排放低。兩種配風(fēng)方式下NOX的生成量均低于正塔配風(fēng)方式，主要是由于這兩種配風(fēng)方式下，主燃燒區(qū)的氧濃度均低于正塔配風(fēng)方式，從而抑制了燃料型NOX的生成，如圖1-11。T-淘;ttT-3海帚4涮量圖 1-113）預(yù)期束腰方式下 NOX的排放要低于均等配風(fēng)，但實(shí)際兩者排放特性相近，且束腰方式下的NOX的排放要略高于均等配風(fēng)，這主要是由于束腰方式雖然更能抑制燃料NOX的生成

27、，但由于該方式下，火焰中心溫度較高，熱力型NOX生成量增加，兩者相抵，導(dǎo)致兩種配風(fēng)方式下NOX排放濃度接近。4）采用倒塔配風(fēng)或倒塔、束腰的組合配風(fēng)方式對(duì)NOX生成的抑制效果最為明顯，只有采用這種配風(fēng)方式，才能比較有效地實(shí)現(xiàn)燃料和空氣分級(jí)，從而有效地降低NOX的生成量。5）盡管采用倒塔配風(fēng)和倒塔束腰的組合配風(fēng)方式對(duì) NOX的排放濃度降低效果明顯， 但必須在一定條件下合理使用正確的配風(fēng)方式， 否則將對(duì)鍋爐運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性均產(chǎn)生不利 影響。(8) 降低氮氧化物排放對(duì)鍋爐效率影響1）低氧燃燒方式對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響采用低氧燃燒方式對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性有利，同時(shí)能有效控制NOX的生成，是大型煙煤鍋爐上可以推廣

28、采用的運(yùn)行方式。2）配風(fēng)方式對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響研究結(jié)果表明，鍋爐一、二次風(fēng)配風(fēng)方式會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大影響。與鍋爐正常運(yùn)行的正塔、均等配風(fēng)方式相比，采用倒塔運(yùn)行方式盡管能更有效地降低鍋爐 NOX勺排 放，但采用此配風(fēng)方式會(huì)對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利的影響。研究表明，在燃燒系統(tǒng)優(yōu)化改造的基礎(chǔ)上，采用低氧燃燒方式和倒束腰的配風(fēng)方式均可有效降低NOX勺排放。如果將兩種方法適當(dāng)組合、聯(lián)合應(yīng)用，可以取得降低NOXt放量的良NOX好效果。通過(guò)燃燒優(yōu)化，使得在一定條件下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高鍋爐效率，降低排放。NOME放量。但是，但研究表明，采用低氧燃燒和配風(fēng)方式相結(jié)合的方式能大幅度降低由于現(xiàn)有燃燒

29、器的布置無(wú)法達(dá)到燃燒空氣軸向深度分級(jí)、在燃盡風(fēng)與主燃燒器之間無(wú)法形成足夠的還原空間，NO刈勺排放量仍無(wú)法達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 450mg/m的要求。說(shuō)明目前傳統(tǒng)的低氮 燃燒方式難以達(dá)到我國(guó)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。近年來(lái).新建燃煤電站鍋爐均采用了先進(jìn)低NOX然燒系統(tǒng) 低NOX然燒技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，顯著影響鍋爐的運(yùn)行性能.鍋爐NOXHE放特性及各影響因素白影響趨勢(shì)也隨低NOX燃燒技術(shù)的使用而變化對(duì)采用先進(jìn)低NOX 然燒系統(tǒng)的鍋爐，主要是根據(jù)煤的燃燒特性來(lái)實(shí)現(xiàn)NOX排放控制，相應(yīng)的燃煤揮發(fā)分含量高則NOX度一般降低出。在煤粉鍋爐中燃料NOX占NOX生成量的大部分。燃料 NOX的生成量不僅取決于煤中的含氮量，

30、還取決于其他煤質(zhì)特性參數(shù).這些參數(shù)主要通過(guò)影響煤的熱解、燃燒特性而影響燃料N的轉(zhuǎn)化和NOX的生成影響燃料NOXfc成的主要煤質(zhì)特性是煤中氮和揮發(fā)分含量，此外顆粒尺寸分布、熱解速度、揮發(fā)分和焦燃燒速度也影響 NOX的生成。圖2-12 .低氮燃燒技術(shù)從熱力型對(duì)、燃料型和快速型三種 NOX生成機(jī)理可以得出抑制 NOX生成和促使破壞NOX的途徑，圖2-1中還原氣氛箭頭所指即抑制和促使NOX破壞的途徑。2.1 基本原理2.1.1. 低過(guò)量空氣燃燒:如圖2-2是使燃燒過(guò)程盡可能在接近理論低過(guò)量空氣燃燒是傳統(tǒng)常用的低氮燃燒技術(shù)，空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過(guò)量氧的減少，可以抑制NOX勺生成。這是一種最簡(jiǎn)單

31、的降低NOXB放的方法。一般可降低 NOXIE放1520%但如爐內(nèi)氧濃度過(guò)低（3版下），會(huì) 造成濃度急劇增加， 增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。因此在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)選取最合理的過(guò)量空氣系數(shù)。E圖2-2剩系數(shù)對(duì)NOXfe成量的影響液態(tài)排渣爐固態(tài)排渣爐2.1.2. 降低助燃空氣預(yù)熱溫度燃燒空氣由27c預(yù)熱到315 C, NO排放量增加3倍，如圖2-3D o o o o Oo o o o o O4 2 0 8 6 41 1- <1LU.SUJ'ON200200300400空氣預(yù)熱溫度/七圖2-3熱溫度對(duì)天然氣燃燒系統(tǒng) NO&成量的影響3 .空氣

32、分級(jí)低NOX然燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析3.1 空氣分級(jí)燃燒的基本原理空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是美國(guó)在 20世紀(jì)50年代首先發(fā)展起來(lái)的，它是目前使用最為普遍的 低NOX燃燒技術(shù)之一?？諝夥旨?jí)燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入， 使第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)在0.8左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOX的生成。同時(shí)，燃燒生成的 CO與NO進(jìn)行還原反應(yīng)，以及燃料 N分解成中間產(chǎn)物（如NH、CN HCN和NH3等）相互作用或與 NO還原分解， 抑制了燃料型NOX的生成；在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)，將燃燒用的空氣的剩余部分以二次空氣輸入， 成為富氧燃燒區(qū)。由于此

33、區(qū)域溫度已降低，新生成的NOX量有限，因此，總體上 NOX的排放量少，最終空氣分級(jí)燃燒可使NOX生成量降低30%50%。3.2 空氣分級(jí)燃燒的主要形式空氣分級(jí)燃燒的實(shí)現(xiàn)有多種形式，但主要有軸向和徑向分級(jí)燃燒兩種。軸向分級(jí)燃燒（OFA方式），如圖3-1 :軸向分級(jí)燃燒方式即火上風(fēng)方式，是將燃燒所需的二次風(fēng)分兩部分進(jìn)入爐膛：一部分為主二次風(fēng)，約占二次風(fēng)總量的 70%85%;另一部分為火上風(fēng)（也稱燃盡風(fēng)OFA）,約占二次 風(fēng)量的15%30%。如此，爐膛內(nèi)形成 3個(gè)燃燒區(qū)域，即熱解區(qū)、貧氧區(qū)和富氧區(qū)，如下圖 所示。熱解區(qū)中煤粉和一次風(fēng)混合燃燒，會(huì)生成少量的熱力型 NOX;貧氧區(qū)中燃料不完全燃燒，抑制了

34、燃料性 NOX的生成；富氧區(qū)中火上風(fēng)促成了燃料的完全燃燒。整個(gè)過(guò)程減少了 熱力型NOX的生成，同時(shí)抑制了燃料型 NOX的生成，降低了 NOX的總排放量，實(shí)現(xiàn)了高效低NOX燃燒的要求。圖3-1軸向空氣分級(jí)燃燒示意圖圖3-2徑向空氣分級(jí)燃燒示意圖徑向分級(jí)燃燒，如圖 3-2:將二次風(fēng)射流軸線向水冷壁偏轉(zhuǎn)一定角度，形成一次風(fēng)煤粉氣流在內(nèi)、二次風(fēng)在外的徑向分級(jí)燃燒。此時(shí)，沿爐膛水平徑向把煤粉的燃燒區(qū)域分成位于爐膛中心的貧氧區(qū)和水冷壁 附近的富氧區(qū)。由于二次風(fēng)射流向水冷壁偏轉(zhuǎn)，推遲了二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合，降低了燃燒中心氧氣濃度，使燃燒中心a< 1,煤粉在缺氧條件下燃燒，抑制了NOX的生成，NOX的排

35、放濃度降低。由于在水冷壁附近形成氧化性氣氛，可防止或減輕水冷壁的高溫腐蝕和結(jié)焦。3.3 軸向空氣分級(jí)燃燒的影響因素燃盡風(fēng)噴口與燃燒器最上層一次風(fēng)噴口的距離H:距離大，分級(jí)效果好，NOX下降幅度大，但飛灰可燃物會(huì)增加。 合適的距離與爐膛結(jié)構(gòu)、燃料種類有關(guān)。根據(jù)前蘇聯(lián)全蘇熱工研究所試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。H由下式計(jì)算：0.5H =1.5 Vdaf.10燃盡風(fēng)份額：風(fēng)量大，分級(jí)效果好，但可能引起燃燒器區(qū)域嚴(yán)重缺氧而出現(xiàn)受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕。對(duì)于煤粉爐，合理的燃盡風(fēng)占鍋爐總風(fēng)量的15%20%左右。燃盡風(fēng)風(fēng)速：燃盡風(fēng)要有足夠高的流速，以保證與煙氣的良好混合。 燃盡風(fēng)速約為4550m/s合適。燃盡風(fēng)噴口布置方式：常見(jiàn)的

36、是角置式OFA噴口，也有采用墻置式結(jié)構(gòu)，即OFA噴口沿爐膛四面墻布置。3.4 徑向空氣分級(jí)燃燒的影響因素主要是二次風(fēng)的偏轉(zhuǎn)角度，偏轉(zhuǎn)角度大，NOXt放量下降幅度大，但飛灰可燃物也會(huì)增多，合適的偏轉(zhuǎn)角度因煤種而異。3.5 燃盡風(fēng)的種類3.5.1. 緊湊型燃盡風(fēng)(CCOFACCOFA(Close-coupled Over Fired Air)也稱為強(qiáng)耦合式燃盡風(fēng)，一般緊鄰最上層燃燒器 布置，由大風(fēng)箱供風(fēng)。它可以減少富燃料區(qū)的反應(yīng)時(shí)間，增加貧燃料區(qū)或燃盡區(qū)的反應(yīng)時(shí)間。其布置結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：圖3-3爐內(nèi)空氣分級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖在前些年投產(chǎn)的300MW等級(jí)機(jī)組鍋爐中， 幾乎都采用了 CCOF破術(shù),CCOF

37、AM量通常 只占總風(fēng)量的15%左右，可使鍋爐 NOX排放量控制在650mg/m3左右。3.5.2. 分離燃盡風(fēng)(SOFASOFA(Separated Over Fired Air)是另一種燃盡風(fēng)形式，其風(fēng)速通常設(shè)計(jì)為50m/s。SOFA風(fēng)布置在遠(yuǎn)離燃燒器的位置，與主燃燒器拉開(kāi)一定距離。當(dāng)前 300MW和600MW機(jī)組鍋爐 的典型設(shè)計(jì)中，SOFA風(fēng)與上一次風(fēng)的距離通常都在8米左右。表3-1給出了國(guó)內(nèi)部分電廠深度分級(jí)燃燒布置的尺寸。國(guó)內(nèi)部分電廠深度分級(jí)燃燒布置尺寸序名 稱單位外高橋一廠3號(hào)爐黃埔電廠5、6號(hào)爐外高橋二廠寶鋼電廠1號(hào)爐1機(jī)組容量MW3003009003502緊靠型燃盡風(fēng)VVVX3緊靠

38、型燃盡風(fēng)數(shù)量個(gè)84一4分離型燃盡風(fēng)VVVV5分離型燃盡風(fēng)數(shù)量個(gè)/層8 / 212 / 34 / 16燃盡風(fēng)噴口的中心標(biāo)高米33.5531.735.547燃盡風(fēng)與上一次風(fēng)中心距米8.127.438.516.978燃盡風(fēng)噴口中心與屏底距離米12.0512.510.99表3-1SOFAM噴口 一般設(shè)計(jì)為具有上下和水平擺動(dòng)功能，以調(diào)整燃盡風(fēng)穿透深度和混合效果,并有效防止?fàn)t膛出口過(guò)大的扭轉(zhuǎn)殘余。SOFAM噴口如圖3-4所示：圖3-4 SOFA 噴嘴示意圖當(dāng)前300MW和600MW機(jī)組的鍋爐設(shè)計(jì)中，SOFAM的份額通常取值 30%,對(duì)于改造鍋 爐，由于鍋爐原設(shè)計(jì)的原因（主要是再熱汽溫），一般取值在18%2

39、0%因改造鍋爐燃盡風(fēng)比例比新設(shè)計(jì)鍋爐相應(yīng)減少，會(huì)影響燃盡風(fēng)的脫硝效果，這是其NOX降低濃度與新建鍋爐相差的重要原因之一。 對(duì)于新增的SOFAM系統(tǒng)，可從原大風(fēng)箱上新增兩路風(fēng)管，接入SOFA風(fēng)箱。新增的SOFA風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)模式，需由電廠主管路上引出少量?jī)x表用壓縮空氣至 各新增設(shè)備用氣點(diǎn)。3.5.3. 高速燃盡風(fēng)（ROFAROFA（Rotating Opposed Fired Air）是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，它可以在有效降低NOX排放的同時(shí)減少飛灰含碳量。ROFA風(fēng)速一般超過(guò)80m/s。ROFA風(fēng)系統(tǒng)（如圖3-5所示）由增壓風(fēng)機(jī)、風(fēng)道和噴嘴組成。高速燃盡風(fēng)的形成可以從空氣預(yù)熱器出口單獨(dú)引一路風(fēng)道，

40、增加一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，將風(fēng)機(jī)出口的高壓風(fēng)送到燃盡風(fēng)噴口，使噴口風(fēng)速達(dá)到 80 m/s。這種系統(tǒng)另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)與從大風(fēng)箱引出的燃盡風(fēng)不同，噴口風(fēng)速不受大風(fēng)箱風(fēng)壓的干擾。噴口處的風(fēng)壓一般為720KPa,這取決于混合所需的穿透力。圖3-5 ROFA風(fēng)系統(tǒng)圖高速燃盡風(fēng)風(fēng)速相比常規(guī)燃盡風(fēng)速度增加后，氣流在爐內(nèi)射向中心的過(guò)程中，射流穿透力增強(qiáng)與周圍氣體的動(dòng)量交換劇烈，使其周圍的氣體加速， 進(jìn)而增大燃盡風(fēng)射流的截面以及射流攜帶氣體的流量，這樣燃盡風(fēng)射流周圍需要不斷補(bǔ)充氣體。在一個(gè)強(qiáng)空氣分級(jí)燃燒的爐膛內(nèi)，燃盡風(fēng)以足夠高的速度射入鍋爐上部，形成了高動(dòng)能的紊流區(qū)域，促進(jìn)了爐膛上部空氣與高溫?zé)煔獾幕旌?，從而給抑制NOX提

41、供了一個(gè)很好的混合環(huán)境，有利于抑制氮氧化物的生成。同時(shí)由于強(qiáng)烈混合， 有利于未燃盡碳燃盡， 降低了 CO的排放，減少了飛灰含碳量。圖3-6為燃盡風(fēng)與高速燃盡風(fēng)的比較圖，從圖中可以明顯看出高速燃盡風(fēng)更有利于降低NOX排放。圖3-6燃盡風(fēng)與高速燃盡風(fēng)的比較此外，高速燃盡風(fēng)在爐膛上部形成強(qiáng)烈渦流， 使煙氣與空氣充分混合， 溫度分布更趨于 均勻，增強(qiáng)了輻射換熱和對(duì)流換熱的效果， 從而起到提高鍋爐效率，減輕了空氣分級(jí)技術(shù)對(duì) 燃燒的影響。3.5.4. 旋流燃盡風(fēng)OFA如果鍋爐本身采用旋流燃燒器，則要相應(yīng)布置旋流燃盡風(fēng) OFA目前該技術(shù)比較成熟的 公司有美國(guó)FW公司、美國(guó)ABT公司、英國(guó)MBEL公司等。廣泛

42、采用旋流式雙調(diào)風(fēng)燃盡風(fēng)， 即在燃盡風(fēng)噴口中加調(diào)風(fēng)器，它將燃盡風(fēng)分為兩股獨(dú)立的氣流噴入爐膛，中央部位的氣流為直流氣流，它速度高剛性大，能直接穿透上升煙氣進(jìn)入爐膛中心；外圈氣流是旋轉(zhuǎn)氣流，離開(kāi)調(diào)風(fēng)器后向四周擴(kuò)散，用于和靠近水冷壁附近的上升煙氣進(jìn)行混合。外圈氣流的旋流強(qiáng)度和兩股氣流的流量均可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)。燃盡風(fēng)OFA布置在旋流燃燒器的上部，通常加裝側(cè)翼風(fēng)噴口( Wing Port)作為補(bǔ)充， 側(cè)翼風(fēng)可以使水冷壁附近形成氧化性氣氛，防止高溫腐蝕和結(jié)渣。 如圖3-7為江蘇利港電廠的OFA布置簡(jiǎn)圖：共16只旋流燃燒器，分 4層全部布置于前墻。在燃燒器上方增加4只OFA在上層燃燒器靠?jī)蓚?cè)墻處增加兩只

43、側(cè)翼風(fēng)。圖3-7利港電廠OFA布置結(jié)構(gòu)圖三個(gè)電廠的旋流燃盡風(fēng)的應(yīng)用情況電廠名稱容量(MW燃燒器布置方式OFA仲亙方式備注利港電廠35016只燃燒器分4層全部布置在前墻，每層4只在燃燒器上方加一層OFA共4只改造前NOX度為 8901190mg/m3,改造 后不大 于400mg/m烏沙山電廠600共30只燃燒器，前后墻各15只，分三層布置，每層5只前后墻各增加一層OFA每層5個(gè)噴口托克托三期5號(hào)爐600共30只燃燒器，前后墻各15只，分三層布置，每層5只前后墻各增加一層OFA每層5個(gè)噴口燃盡風(fēng)中心距 最上層燃燒器 中心 4m, OFAM 量為15%表3-23.6 燃盡風(fēng)布置方式的選擇燃盡風(fēng)可以布

44、置在爐膛的四個(gè)角上也可以布置在四個(gè)墻面上。 圖3-8為國(guó)內(nèi)典型的角布 置方式，這種布置方式具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 燃盡風(fēng)噴口進(jìn)行反切改造， 解決了爐膛出口煙氣 偏流問(wèn)題；燃盡風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以控制過(guò)熱器或再熱器的壁溫偏差，防止超溫爆管。圖3-8典型的四角布置方式圖3-9顯示了德國(guó)為石洞口電廠4X 300MW機(jī)組改造設(shè)計(jì)的布置方式，采用了墻面布置方式，每側(cè)爐墻有兩處燃盡風(fēng)噴口，在爐墻中心線上的為主燃盡風(fēng)；偏燃燒器側(cè)的為副燃盡風(fēng)噴口，其氣流與爐膛切圓旋轉(zhuǎn)方向同步；每個(gè)燃盡風(fēng)噴口截面裝有調(diào)整擋板，通過(guò)控制單個(gè)噴口流量可控制燃盡風(fēng)的噴入深度，從而得到所需的混合特性。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)為 沒(méi)有四角補(bǔ)氣的問(wèn)題。S

45、bd*H* SOFA UA 29.02rri13035圖3-9墻面布置方式示意圖總之，角上和墻面布置這兩種方式各有特點(diǎn)，具體如表3-3所不:兩種布置方式的比較序號(hào)角上布置墻面布置1射入爐膛中心射流行程長(zhǎng)。不利于加強(qiáng)后 期混合，燃盡度差。射入爐膛中心射流行程短。有利于加強(qiáng)后期混合，燃盡度高。2氣流兩側(cè)補(bǔ)氣角小同容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。爐內(nèi)煙氣消旋能力差。爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布不易均勻。沒(méi)有補(bǔ)氣角的問(wèn)題，不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。爐內(nèi)煙氣消旋能力強(qiáng)。可使?fàn)t內(nèi)溫度 場(chǎng)分布比較合理，不易出現(xiàn)局部高溫， 生成的氮氧化物也較少。3氣流在水平方向混合充分氣流在水平方向混合充分4水冷壁開(kāi)孔復(fù)雜水冷壁開(kāi)孔簡(jiǎn)單5風(fēng)道布置容易風(fēng)道布置復(fù)雜表3-

46、3從表3-3看出，燃盡風(fēng)墻面布置從改善燃燒效率和抑制NOX生成方面優(yōu)于角上布置,但工程制作比較復(fù)雜。3.7空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景使用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)（如圖3-10）對(duì)老機(jī)組實(shí)施改造較為方便，改動(dòng)量小，改造費(fèi)用相對(duì)較低；比較適用于高揮發(fā)分的煤種。空氣分級(jí)燃燒技術(shù)對(duì)于大型電站鍋爐降低NOX排放有著很好的效果， 可達(dá)到30%50 %的減排效果，是電站鍋爐脫硝工程必不可少的第一 步，它能為后期的 SCR的應(yīng)用節(jié)省大量的建設(shè)成本和運(yùn)行成本。低NOX燃燒器加深度分級(jí)送風(fēng) （即分離燃盡風(fēng) SOFA耳經(jīng)成為目前燃煤電站鍋爐控制NOX生成的最佳組合。較多應(yīng)用于新鍋爐的設(shè)計(jì)和燃燒器的改造中，深度空氣分級(jí)燃燒技

47、術(shù)通常采用SOFA與偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)結(jié)合的空氣分級(jí)方案。通過(guò)深度空氣分級(jí)形成下部缺氧燃燒控制NOX生成，上部富氧燃燒控制飛灰含碳量的燃燒格局，大幅降低NOX排放。SOFA噴口一般設(shè)計(jì)為具有上下和水平擺動(dòng)功能，以調(diào)整燃盡風(fēng)穿透深度和混合效果，并有效防止?fàn)t膛出口過(guò)大的扭轉(zhuǎn)殘余。偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)的設(shè)置不僅可以降低NOX的生成，而且在水冷壁附近形成氧化性氣氛，可防止或減輕水冷壁的高溫腐蝕和結(jié)焦。第.我生成的川。- 疝二卜 :NG被還原一-圖3-10空氣分級(jí)燃燒系統(tǒng)的布置及NOX濃度分布4 .燃料分級(jí)燃燒4.1 燃料再燃的原理再燃這一概念是在 1973年由Wendt等人提出的，直到 1983年，Takahashi等

48、人在日本將再燃技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的鍋爐，并獲得了大于50%的NOX還原率，這一方法才得以確立并實(shí)際應(yīng)用。燃料再燃又稱為燃料分級(jí)或爐內(nèi)還原技術(shù)，它是降低NOX排放的諸多爐內(nèi)方法中最有效的措施之一。NOX在遇到煌根 CH和未完全燃燒產(chǎn)物 CO H2、C和GHm時(shí)會(huì)發(fā)生NOX的還原反應(yīng)。利用這一原理，把爐膛高度自下而上依次分為主燃區(qū)、 再燃區(qū)和燃盡區(qū)（如 圖4-1所示）。燃料分級(jí)送入爐膛，將 80 %85%的主燃料噴入主燃區(qū)，在過(guò)量空氣系數(shù) ,>1的條件下燃燒生成 NOX;將15%20 %的再燃燃料在主燃區(qū)上部的合適位置噴入再燃區(qū)，在a< 1的條件下形成較強(qiáng)的還原性氣氛。再燃區(qū)不僅能還原已經(jīng)

49、生成的NOX,同時(shí)可以抑制新的NOX的生成，進(jìn)一步降低NOX的排放。配合再燃區(qū)上面布置的燃盡風(fēng) (OFA可以 形成第三級(jí)燃燒區(qū)，以使再燃區(qū)生成的未完全燃燒產(chǎn)物燃盡。3)一般再燃脫硝(卜先進(jìn)再燃脫第圖4-1 再燃脫硝技術(shù)示意圖為了獲得更高的脫硝效率，將再燃和選擇性非催化還原( SNCR相結(jié)合，將氨水或尿 素作為氮催化劑噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū)，以進(jìn)一步降低NOX,稱之為先進(jìn)再燃(AdvancedReburning) o先進(jìn)再燃的脫硝效率可達(dá)80%以上，其技術(shù)示范應(yīng)用于美國(guó)的105MW NYSEGGreenidge電站。而將堿金屬鹽類(主要指Na鹽)作為催化劑和氨同時(shí)噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū)， 稱之為改良先進(jìn)

50、再燃(Promoted AR),其脫硝效率有望達(dá)到 95%。1.2 再燃燃料的選擇再燃燃料的選取應(yīng)優(yōu)先滿足以下原則：(1)再燃燃料應(yīng)含有高揮發(fā)分；(2)再燃區(qū)的停留時(shí)間要足夠長(zhǎng)；(3)優(yōu)化再燃區(qū)的混合條件；(4)如采用固體燃料，燃料的粒度應(yīng)較細(xì)。1.3 再燃燃料的選取再燃燃料的選取面很廣泛，一般可分為氣體燃料(天然氣等)、液體燃料(水煤漿、奧里油等)和固體燃料(煤粉、生物質(zhì)等)。1.3.1 天然氣目前，天然氣再燃技術(shù)是發(fā)展相對(duì)較成熟的，國(guó)外應(yīng)用的再燃技術(shù)基本上都是以天然氣為再燃燃料。采用此項(xiàng)技術(shù)，一般在實(shí)驗(yàn)室條件下可以達(dá)到70%80%的脫硝效率。天然氣主要成分是CH4,含氮、硫成分極少，基本沒(méi)

51、有灰分，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生額外的污染氣體； 和煙氣同相混合比較均勻，反應(yīng)時(shí)間短，速度快；未完全燃燒損失??；燃燒后產(chǎn)生較多的 CH離子團(tuán)，有利于再燃區(qū) NOX的還原。而且天然氣和煙氣同相混合，所需設(shè)備較少，投資 較低。在國(guó)內(nèi)，限制天然氣作為二次燃料的因素主要是獲得渠道和價(jià)格。我國(guó)絕大多數(shù)電廠無(wú)法獲得穩(wěn)定的天然氣來(lái)源， 而高昂的天然氣價(jià)格也大大提高了電廠運(yùn)行成本，這些因素決定了我國(guó)推廣天然氣再燃技術(shù)的艱難。1.3.2 超細(xì)煤粉隨著再燃技術(shù)的發(fā)展，一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)將煤粉作為二次燃料噴入再燃區(qū)也可以取得接近 甚至高于天然氣再燃的脫硝效果。而且由于其具有經(jīng)濟(jì)性及便利性，煤粉再燃得到越來(lái)越多的重視。在國(guó)外有研究

52、表明，采用超細(xì)煤粉再燃，可以取得50%70%的脫硝效率，基本和天然氣相當(dāng)。當(dāng)采用高揮發(fā)分的褐煤或褐煤焦作再燃燃料時(shí)，效果甚至好于天然氣再燃。采用超細(xì)煤粉作為二次燃料，其燃料種類和主燃料相同， 運(yùn)輸及燃燒方式相同， 運(yùn)行成本更低，脫硝效率在一定情況下甚至高于天然氣再燃。但是，因?yàn)槭钱愊喾磻?yīng)，煤粉的燃盡率低，容易造成飛灰含炭量增加、鍋爐效率降低。而一味地降低煤粉細(xì)度并不是可取之道，必須考慮到其經(jīng)濟(jì)細(xì)度。1.3.3 生物質(zhì)當(dāng)前生物質(zhì)再燃技術(shù)日益受到重視。 生物質(zhì)主要指秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物、 能源植物和林業(yè) 加工廢棄物等，是一種可再生的清潔能源。利用生物質(zhì)再燃一般有兩種方式， 生物質(zhì)直接再 燃或者生物質(zhì)氣

53、化再燃。直接再燃是對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行干燥、 粉碎后直接作為二次燃料，而氣化 再燃是將生物質(zhì)熱解生成的生物質(zhì)氣作為二次燃料。利用直接再燃技術(shù)一般可以取得50%70%的脫硝效率，而氣化再燃可以實(shí)現(xiàn)約50%的脫硝效果。兩者的影響因素基本類似于煤粉和天然氣再燃， 但是直接再燃時(shí)，生物質(zhì)的顆粒大小幾乎對(duì)脫硝效果沒(méi)有影響。在國(guó)外，對(duì)直接再燃的研究較多，并已有工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目。生物質(zhì)燃料主要成分是 C、O,較低含量的N、S以及一些堿金屬（Na、K）,揮發(fā)分含量 高，熱值低，易著火，燃燒主要生成CO2,較少SCX、NOX。而CO2可在植物光合作用時(shí)被吸收，從一個(gè)大周期來(lái)看，燃用生物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn) CO2凈排放為零。同時(shí)堿金

54、屬可以作為催化 劑，促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行，對(duì)再燃脫硝具有促進(jìn)作用，但也會(huì)降低灰熔點(diǎn)，造成受熱面積灰玷污。生物質(zhì)資源具有季節(jié)性的特點(diǎn)且地域性較強(qiáng)，比能量密度小，如大規(guī)模使用，運(yùn)輸及 儲(chǔ)備是必須解決的問(wèn)題。但是考慮到經(jīng)濟(jì)及環(huán)境收益的最大化，生物質(zhì)的有效使用一定程度 上可以緩解能源緊張，是最值得推廣的技術(shù)。1.3.4 其他可采用的二次燃料作為一種新型燃料，水煤漿也作為二次燃料應(yīng)用于再燃脫硝。在實(shí)際應(yīng)用中，EER公司在10X10 Btu/h的塔式爐上進(jìn)行水煤漿再燃試驗(yàn)，脫硝效率最高達(dá)77%,超過(guò)了天然氣再燃效果。水煤漿低污染，燃燒效率高，儲(chǔ)運(yùn)方便，其流體特性使得使用方式簡(jiǎn)便。雖然需要 增加額外的制備和輸送設(shè)備，但總體運(yùn)行成本較為低廉。奧里乳化油(Orimulsion)也可用于再燃技術(shù)。奧里油盛產(chǎn)于北美，現(xiàn)已大量進(jìn)口我國(guó)并 作為鍋爐燃料廣泛應(yīng)用。其發(fā)熱量大，流動(dòng)性好，價(jià)格低于其他燃料油。1997年，Hennepin電站對(duì)奧里油作為二次燃料進(jìn)行了全面測(cè)試，脫硝率可以達(dá)到64%。1.4 影響再燃效果的主要因素1.4.1 再燃燃料的種類和特性：再燃燃料的種類很多，不同種類的再燃燃料由