1、京能集團運行人員培訓教程BEIH Plant Course低氮燃燒技術原理low NOX combustion technologyMAJTD NO.100.2目 錄1 1 低氮燃燒技術低氮燃燒技術.11.1 NOX 產生機理和抑制方法.11.2 影響 NOX 生成量的因素.62.2.低氮燃燒技術低氮燃燒技術.132.1 基本原理.133.3.空氣分級低空氣分級低 NOXNOX 燃燒技術原理及其技術特征分析燃燒技術原理及其技術特征分析.143.1空氣分級燃燒的基本原理.153.2空氣分級燃燒的主要形式.153.3軸向空氣分級燃燒的影響因素.163.4徑向空氣分級燃燒的影響因素.163.5燃盡風

2、的種類 .163.6燃盡風布置方式的選擇 .223.7空氣分級燃燒技術的應用前景.234.4.燃料分級燃燒燃料分級燃燒.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燃料再燃技術的發展前景.275.5.煙氣再循環低煙氣再循環低 NOXNOX 燃燒技術原理及其技術特征分析燃燒技術原理及其技術特征分析.275.1煙氣再循環機理 .285.2煙氣再循環率的選擇 .285.3利用煙氣再循環實現 HTAC.296.6.低低 NOXNOX 燃燒器技術原理及型式燃燒器技術原理及型式.296.1低 NOX 燃燒器的原理 .296

3、.2直流煤粉燃燒器 .306.3旋流煤粉燃燒器 .326.4雙調風燃燒器 .337.7.低低 NOXNOX 燃燒器的發展前景燃燒器的發展前景.398 8 題題庫庫.411 1 低氮燃燒技術低氮燃燒技術1.1 NOX 產生機理和抑制方法 鍋爐燃燒過程中成成的氮氧化物（主要是 NO 和 NO2）嚴重地污染了環境。因此，抑制NOX 的生成已成為大容量鍋爐的燃燒器設計及運行時必須考慮的主要問題之一。鍋爐燃燒過程中產生的 NOX 一般可分為三大類：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

4、料含氮量不同有差別。對于燃煤，通常燃料型 NOX 占 7085，熱力型 NOX 占 1525，其余為少量的快速型 NOX。圖 1-1 不同類型 NOX 生成量與爐膛溫度的關系1.1.1 熱力型：熱力型 NOX 是高溫下空氣中氮氣氧化而成，其生成機理是由原蘇聯科學家捷里道維奇提出來的。溫度對熱力型 NOX 的影響十分非常明顯，熱力型 NOX 又稱為溫度型 NOX。當燃燒溫度低于 1800K 時，熱力 NOX 生成極少；當溫度高于 1800K 時，反應逐漸明顯，且隨溫度的升高，NOX 生成量急劇升高。控制熱力型 NOX 的關鍵在于降低燃燒溫度水平，避免局部高溫。 （1）產生機理：1）化學反應及反應

5、物、生成物活化能的影響：按澤爾多維奇機理，NO 生成可用如下一組不分支連鎖反應來說明。 O2O+O N2+ONO+N N+O2NO+O 上述反應是一個連鎖反應，決定 NO 生成速度的是原子 N 的生成速度，反應式 N+O2NO+O 相比于式 N2+ONO+N 是相當迅速的，因而影響 NO 生成速度的關鍵反應鏈是反應式 N2+ONO+N，反應式 N2+ONO+N 是一個吸熱反應，反應的活化能由反應式反應和氧分子離解反應的活化能組成，其和為 542X103J/mol。分子氮比較穩定，只有較大的活化能才能把它氧化成 NO，在反應中氧原子的作用是活化鏈接的環節，它源于 O2在高溫條件下的分解。熱力型

6、NOX 的生成量伴隨氧氣濃度和溫度的增大而加大。正因為氧原子和氮分子反應的活化能很大，而原子氧和燃料中可燃成份反應的活化能又很小，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，在火焰中不會生成大量的 NO，NO 的生成反應基本上在燃料燃燒完了之后才進行。熱力型 NOX 的生成速度要比相應的碳等可燃成份燃燒速度慢，主要生成區域是在火焰的下游位置。2）反應時間的影響： 在鍋爐燃燒水平下，NO 生成反應還沒有達到化學平衡，因而 NO 的生成量將隨煙氣在高溫區內的停留時間增長而增大。另外，氧氣的濃度直接影響 NO 的生成量，氧濃度水平越高，NO 的生成量就會越多。當溫度高于 1500時，NO 生

7、成反應變得十分明顯，隨著溫度的升高，反應速度按阿累尼烏斯定律按指數規律迅速增加。通過實驗得到，溫度在1500以上附近變化時，溫度每升高 100，上述反應的速度將增大 6-7 倍。可見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 的產生源于空氣中的氮氣在 1500 以上的高溫反應環境下氧化，所以，控制熱力型 NOX 的主要從一下幾方面入手：1）降低燃燒反應是的溫度，避開其反應所需要的高溫環境；2）使氧氣濃度處于較低的水平；3）減少空氣中的氮氣濃度；4）縮短熱力型 NOX 生成區的停留時間。 一般來說，工業燃燒過程中

8、以空氣為氧化劑時控制 N2的濃度不容易實現，而富氧燃燒或純氧燃燒技術就是以減少 N2從而減少熱力型 NOX 的一種方法。降低燃燒溫度在工程實踐中是通過向火焰面噴射水/水蒸氣來實現的。降低氧濃度可以通過煙氣循環來實現。使一部分煙氣和新鮮空氣混合，既可以降低氧濃度，同時可以降低火焰的溫度。此外分級燃燒和濃淡燃燒技術也可以控制熱力型 NOX。1.1.2 快速型：快速型 NOX 主要是指燃料中的碳氫化合物在燃料濃度較高區域燃燒時所產生的烴與燃燒空氣中的 N2 分子發生反應形成的 CN、HCN，繼續氧化而生成氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要產生于碳氫化合物含量較高、氧濃度較低的富燃料區。快速溫度型 N

9、OX 是空氣中的氮分子在著火初始階段，與燃料燃燒的中間產物烴（CHi）等發生撞擊，生成中間產物HCN 和 CN 等，在經氧化最后生成 NOX。其轉化率取決于過程中空氣過剩條件和溫度水平。（1）產生機理： 快速溫度型 NOX 的產生是由于氧原子濃度遠超過氧分子離解的平衡濃度的緣故。測定發現氧原子的濃度比平衡時的濃度高出十倍，并且發現在火焰內部，由于反應快，O、OH、H 的濃度偏離其平衡濃度，其反應如下:H+O2OH+OO+H2OH+HOH+H2H2O+H 可見，快速溫度型 NOX 的生成可以用擴大的澤爾多維奇機理解釋，但不遵守氧分子離析反應處于平衡狀態這一假定。經實驗發現，隨著燃燒溫度上升，首先

10、出現 HCN，在火焰面內到達最高點，在火焰面背后降低下來。在 HCN 濃度降低的同時，NO 生成量急劇上升。還發現在 HCN 濃度經最高點轉入下降階段時，有大量的 NHi 存在，這些胺化合物進一步氧化生成 NO。其中 HCN 是重要的中間產物，90%的快速溫度型 NOX 是經 HCN 而產生的。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。在煤粉爐中，其生成量很小，一般在 5%以下。正常情況下，對不含氮元素的碳氫燃料的較低溫度的燃燒反應中，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。根據快速型 N

11、OX 的生成機理考慮，它是由 N2 分子和 CHI 自由基反應生成的 HCN ， HCN 又被數個基元反應氧化而成的。所以快速型 NOX 的控制主要從兩個方面來入手考慮:抑制 N2 分子和 CHI 自由基的反應以及HCN 的多個基元反應。1.1.3 燃料型： 燃料型 NOX 是燃料中氮化合物在燃燒過程中熱分解且氧化而生成的，是燃煤電廠鍋爐產生氮氧化物的主要途徑，其生成量主要與氧濃度（化學當量比）有關。燃料型 NOX 包括揮發分中均相生成的 NOX 和由殘焦中異相生成的 NOX 兩部分。揮發分中的氮主要以HCN 和 NHi的形式析出，隨后氧化生成 NOX。焦炭中氮可以通過異相反應氧化生成 NOX

12、。其中由揮發分燃料氮轉化而成的燃料型 NOX（簡稱揮發分燃料型 NOX）約占 6080，由焦炭燃料氮轉化而成的 NOX（簡稱焦炭燃料型 NOX）約占 2040。 燃料中氮的化合物中氮是以原子狀態與各種碳氫化合物結合的，與空氣中氮相比，其結合鍵能量較小，因而這些有機化合物中的原子氮較容易分解出來，氮原子的生成量大大增加，液體與固體燃料燃燒時，由于氮的有機化合物放出大量的氮原子，因此無論是揮發燃燒中還是焦炭燃燒階段都生成大量的 NO。就煤而言，燃料氮向 NOX 轉化過程大致有三個階段:首先是有機氮化合物隨揮發分析出一部分，其次是揮發分中氮化合物燃燒，最后是炭骸中有機氮燃燒。（1）產生機理： 燃料燃

13、燒時，燃料氮幾乎全部迅速分解生成中間產物 I，如果有含氧化合物 R 存在時，則這些中間產物 I(指 N，CN，HCN 和 NHi 等化合物)與 R(指 O，O2 和 OH 等)反應生成 NO，同時 I 還可以與 NO 發生反應生成 N2: 燃料(N) I I+RNO+ I+NON2 燃煤中的氮分為揮發性氮和焦炭氮，其中揮發性氮被釋放后含有一定量的 NH3，并按下式進行反應: NH3+02NO+ 焦炭 N+O2NO+ 燃煤中的氮生成 NOX 主要取決于煤中的含氮量，顯然煤中的含氮量越高，生成的 NOX越多。當鍋爐內生成 NOX 時，還存在一系列氧化還原反應。 燃料氮的轉化率主要受溫度、過量空氣系

14、數(富裕氧濃度)和燃料含氮量的影響，一般在 10%45%范圍內。隨著氮的轉化率(主要受溫度影響)升高，燃料氮轉化率不斷提高，但這主要發生在700800溫度區間內。因為燃料 NO 既可通過均相反應又可通過多相反應生成，燃燒溫度很低時，絕大部分氮留在焦炭內；而溫度很高時，70% -90%的氮以揮發分形式析出。浙江大學研究表明，850時，70%的 NO 來自焦炭燃燒；1150時，這一比例降至 50%。由于多相反應的限速機理，在高溫時可能向擴散控制方向轉變，故溫度超過 900以后，燃料氮轉化率只有少量升高。其主要的生成階段是燃燒起始時候，在煤粉爐占 NOX 生成總量的約 60%一 80%左右，目前對燃

15、料型 NOX 的研究仍在繼續深入。燃煤中氮元素的含量一般約為 0.5%2.5%，以 N原子狀態與煤中的碳氫化合物相緊密結合，以鏈狀或環狀形式存在，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，從這個反應的機理可以看出燃料型 NOX 要比熱力型 NOX 更容易產生。由于這種氮氧化物是燃料中的氮化合物經過熱分解和氧化產生的，故稱之為燃料型 NOX 。而焦炭氮煤在通常的燃燒溫度下以產生燃料型和熱力型 NOX 為主，對不含氮的碳型燃料，只在較低溫度燃燒時，才需要重點考慮快速型 NOX，而當溫度超過 1000時，則主要生成熱

16、力型 NOX。可見，降低燃燒溫度可有效減少 NO 的生成，但當溫度降低到 900以下時，燃料 N 向 N2 O 的轉化率將提高。因此，僅通過降低燃燒溫度來控制 NOX 的排放是不夠的，需要兼顧各方面因素。（2）燃料 NOX 的抑制： 經理論和試驗研究結果表明，煤粉中氮轉化成 NOX 的量主要取決于爐內過量空氣系數的高低，當煤粉在缺氧狀態下燃燒時，揮發出來的 N 和 C，H 競爭環境中不足的氧氣。但是由于氮競爭能力相對較弱，這就減少了 NOX 的形成；氮雖競爭氧能力較差，但是卻可以之間相互作用而生成無害的氮氣分子。由以上結論可以看出，在富燃料條件下降低爐內的過量空氣系數能在很大程度上抑制燃料型

17、NOX 的生成。同時，燃料中的含氮量也是影響燃料型 NOX 生成的一個重要因素。研究發現，含氮量越高的燃料生成 NOX 的轉化率越低。但是由于基數相對較大，實際燃燒過程中高含氮量燃料最終所產生的燃料型 NOX 要遠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始分解，故溫度對燃料型 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環境中的氧氣濃度，使煤粉在 a1環境中進行燃燒反應；在擴散燃燒時候推遲空氣和燃料的混合；在允許條件下應當燃用含氮量低的燃煤。 燃燒過程中最終生成的 NO 濃度和燃料中氮全部轉化成 NO 時的濃度比為燃料型 NOX的轉化率 CR【

18、最終生成的 NO 濃度】【燃料全部轉化成 NO 的濃度】 試驗研究表明，影響 CR 的主要因素是煤種特性以及爐內的燃燒條件。 用揮發分化學當量比（SRV Stoichiometric Ratio of Volatile）來表征揮發分燃燒過程中的氣氛。對揮發份析出時刻進行氣氛的有效控制，可以有效抑制 NOX 的生成，這一結論從微觀角度驗證了空氣分級技術對 NOX 深層控制的可行性。 1.2 影響 NOX 生成量的因素1.2.1 煤質條件 煤是一種含有大量 C，H，O 和少量 S，N 等有機物和部分無機物的沉積巖。煤里面的N 原子一般是以鏈狀或者環狀兩種形態存在于物質當中，經研究發現，如果 N 以

19、環狀形態存在于物質中，通過燃燒一般不會轉化成為氮氧化物，所以對環境的污染相對較少，但是如果以鏈狀的形態存在于物質中，經過劇烈的燃燒化學反應多數被氧化成氮氧化物，造成大氣污染。然而煤中的 N 元素的主要存在形式為鏈狀，所以煤燃燒過程就伴隨大量的氮氧化物的產生。（1（煤質氮含量： 常規燃料中，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 轉化為 NOX ，其中 NO 又占 90%95%。當燃料中的 N 含量超過 0.1%時，燃料型 NOX 排放將是最主要的。燃料的 N 含

20、量增加時，雖然生成的燃料型 NOX 量增加，但 NOX 的轉化率卻減少；煤的燃料比 FC/V 越高， NOX 的轉化率越低。 （2（揮發分含量 我國發電用煤中 N 和揮發分含量：對于所考察數據庫中的煤種，隨干燥無灰基揮發分含量(Vdaf )的增加，收到基 N 含量(Nar)呈逐漸降低的趨勢，只有少數揮發分很高的褐煤稍偏離這一趨勢。 鍋爐燃用煤種主要是貧煤和煙煤，但揮發分含量在 2030之間的較少，因為這一范圍的煙煤主要是煉焦煤不用作鍋爐燃料 對于所統計的鍋爐和煤種。燃煤高揮發分含量煤的鍋爐 NO 排放量一般較低。相比起來，燃用貧煤比燃用煙煤的鍋爐 NO 排放質量濃度高得多，如圖 1-2、圖 1

21、-3。圖 1-2 無煙煤揮發份氮 v 與 關系 圖 1-3 煙煤揮發份氮 v 與 關系 國內外大量的實驗室研究結果和實際鍋爐現場試驗的經驗表明，煤的揮發分含量是影響鍋爐 NOX 生成和排放量的主要因素之一，這是因為煤中揮發分的釋放和燃燒相當程度上決定了煤粉火焰特別是燃燒初期高溫區的溫度及其分布，因此在燃燒空氣充分的條件下高揮發分煤燃燒的火焰溫度高，這種情況下燃燒生成的 NOX 質量濃度隨煤的揮發分的增加而增加， 但另一方面揮發分的釋放和快速燃燒可迅速、大量消耗 O，導致燃燒初期火焰區貧氧甚至出現還原氣氛區。從而抑制揮發分氮向 NOX 的轉化和燃料 NOX 的生成，這是低 NOX 煤粉燃燒器控制

22、 NOX 生成的主要依據之一。此時，煤中揮發分含量增加，隨熱解析出到火焰中的氮一般較多且較多地被還原。因而鍋爐生成的 NOX 隨煤中揮發分含量的增加而降低。1.2.2 鍋爐的設計參數和運行條件（1（低 NOX 燃燒系統的影響 通過低 NOX 燃燒器對煤粉的燃燒組織，促進揮發分析及揮發分氮的大量析出，通過主燃燒區低過量空氣系數抑制揮發分氮向 NO 的轉化，而爐內深度空氣分級的采用則促進NOX 的還原，高揮發分煤因相對 N 含量低且燃料 N 的轉換可得到有效抑制，因此這種控制方式對高揮發分煤 NOX 排放控制更為有效。（2（焦氮含量隨溫度變化趨勢，如圖 1-4圖 1-4（3（煤粉細粒對燃料 N 轉

23、化為揮發分 N 比例的影響，如圖 1-5圖 1-5（4（機組負荷對氮氧化物排放影響機組負荷的高低直接影響了爐膛溫度的高低，而溫度對熱力型和快速型氮氧化物的影響很大，從而對氮氧化物的排放產生影響，因此不同負荷下氮氧化物的排放也有不同。如圖 1-6，說明降低爐膛溫度也是降低氮氧化物的一個重要思路，但是鍋爐運行爐內溫度不宜過度的降低(尤其是鍋爐燃用劣質煤)會導致鍋爐的低負荷穩燃性能降低、燃燒效率降低，甚至有熄火的危險。圖 1-6（5（爐膛氧量對氮氧化物排放影響對神華煤燃燒過程中試驗發現：當 SRV 值小于 1.1 時，NO 析出量很小，當 SRV 大于 1.11 時，揮發份燃燒后 O2開始有部分剩余

24、，造成 HCN，NH3等前驅物的大量氧化，引起 NO 的快速增加。在 SRV1.58 之后，可以明顯觀察到焦炭的燃燒，并且隨著 O2量的增加，加速了 O2從周圍空間向焦炭表面的擴散，焦炭的非均相氧化，焦炭 NOX 也會迅速增加。在 SRV 增大到 2.38 時達到最大值，隨后隨 SRV 增大開始呈現下降趨勢。適當的高溫有利于早期揮發份的快速析出，降低整體 NOX 析出比例，如圖 1-7圖 1-7（6（NOX 排放量與一次風的關系傳統鍋爐設計一次風配比方式，見表 1-1一次風率煤種干燥無灰基揮發分含量 Vdaf/%直流燃燒器旋流燃燒器SRV無煙煤280.150.22.57.5貧煤8190.150

25、.21.061.87520300.250.31.01.25煙煤30400.30.30.41.0褐煤40500.350.40.80.875推薦值SRV1.0表 1-1圖 1-9圖 1-10從圖 1-10 氧量變化對 NOX 排放影響顯著，在 300MW 工況下，配風方式相同時，當氧圖 1-8 化氮排放量與一次風率的關系量從 4%降至 2%時，一般 NOX 的排放量能減少 150350mg/m3左右。氧量降低對 NOX 排放的減少主要原因是當氧量減少時，燃料型 NOX 的生成明顯減少所致。應控制一次風的 SRV24的煙煤，具有明顯的低負荷穩燃性能，能在 40負荷下不投油穩定燃燒，該技術已經成功地應

26、用黃臺電廠上。6.2.2WR 型低 NOX 燃燒器 WR 型燃燒器(Wide Range Burner，寬調節比燃燒器)主要由噴嘴和噴嘴體兩部分組成，如圖 6-2 所示。WR 型燃燒器也是利用彎頭的慣性分離作用，形成濃煤粉和淡煤粉，與彎頭相接的管道中安裝了濃、淡煤粉的分離擋板，使這兩股氣流從各自的管道通過。這種燃燒器的噴口內安裝有波形鈍體，可增強煤粉與氣流的攪拌并在燃燒器的出口處形成一個有利于著火的穩定回流區，從而提高火焰的穩定負荷范圍。圖 6-2 WR 型低 NOX 燃燒器 WR 型燃燒器在垂直方向形成濃淡燃燒，其降低 NOX 排放的原理與 PM 燃燒器相似。WR 型燃燒器與 PM 型燃燒器

27、的不同之處在于：PM 型燃燒器有兩個噴嘴，而 WR 型燃燒器將濃、淡相集中在一個噴口內。因此，WR 型燃燒器的上、下一次風中心距可以做得較小，這樣既有利于降低整體的火焰高度、減少 NOX 的排放，又降低了鍋爐的造價、滿足了燃用劣質煤的要求。這種燃燒器已在多家電廠成功應用。例如，漢川電廠采用這種燃燒器取得了較好的低負荷穩燃和低 NOX 排放效果。6.2.3水平濃淡式燃燒器 在濃淡燃燒技術的基礎上，哈爾濱工業大學經過多年的努力，提出“風包粉”煤粉燃燒的思想，開發出水平濃淡風煤粉燃燒器。水平濃淡可以采用兩種方式來實現：第 1 種是采用百葉窗煤粉濃縮器，如圖 6-3 所示。這種方式對煤粉管道的布置無特

28、殊要求，適用于工程改造；第 2 種是采用 90彎頭，這種方式需要對管道設計做特殊處理，主要適用于新機組的設計。圖 6-3 百葉窗水平濃淡燃燒器 水平濃淡燃燒器利用濃縮器或彎頭將煤粉氣流分成濃淡兩相，并保持水平直到噴嘴出口。含有一次風中大部分煤粉的濃相氣流在向火側切向噴入爐內，形成內側小切圓；淡煤粉氣流在背火側切向噴入爐內，形成外側假想大切圓。水平濃淡燃燒器也屬于濃淡燃燒方式，故其降低 NOX 排放的原理與 WR 型燃燒器相似。此外，由于燃燒器中形成了內層切圓富燃料，屬還原性氣氛，能進一步降低 NOX 的形成。 與 WR 型燃燒器相比，水平濃淡燃燒器除具備低 NOX 排放的優點外，還能進一步改善

29、著火條件，增強水冷壁附近的氧化性氣氛，可防止結焦和高溫腐蝕。這種燃燒器煤種適應性非常廣，對于低揮發分的貧煤、無煙煤的應用效果也不錯，已經成功應用在安陽等多家電廠燃燒器的改造上。6.3 旋流煤粉燃燒器旋流燃燒器根據二次風的供入方式和一次風煤粉濃度可分為三類：普通型、分級燃燒型和濃縮型。6.3.1普通型旋流燃燒器：普通型旋流燃燒器是指二次風通過燃燒器送入爐膛，一次風粉混合物沒有濃縮的旋流燃燒器，有以下幾種形式：一、二次風均旋轉的雙蝸殼式旋流燃燒器；一次風為直流，二次風為旋流的單蝸殼擴錐型燃燒器；一次風可以旋轉或不旋轉，二次風通過可動的切相葉片送入爐膛的切相可動葉片燃燒器；軸向可動葉輪燃燒器，利用拉

30、桿移動二次風通道中的葉輪，從而改變二次風中直流氣流和旋流氣流的比例；軸向葉輪蝸殼型燃燒器，一次風通過蝸殼進入爐膛，二次風的旋流器為直葉片；旋流預燃室燃燒器，根部二次風經過不旋轉的直葉片進入預燃室，另外的二次風在預燃室出口附近通過直葉片或有傾角的葉片送入爐膛；管式旋流燃燒器。普通的旋流燃燒器由于一二次風混合比較強烈,導致煤粉與氣流強烈混合,過快的溫升及過量氧的加入,使燃燒強度很高,最終導致 NOX 的大量生成,約為 10001200mg/L。但可通過增加燃燒器之間的距離和分級配風的方法來降低 NOX 的排放6.3.2分級燃燒型旋流燃燒器 分級燃燒型旋流燃燒器是指二次風分兩級或兩級以上送入爐膛，一

31、次風粉沒有濃縮的旋流燃燒器，有以下幾種形式：雙通道外混式旋流燃燒器，一次風為直流風，大部分二次風通過軸向固定葉片送入爐膛，另外的二次風為直流風；SM 型燃燒器，一次風不旋轉，二次風通過旋轉葉片形成旋轉氣流，一、二次風占燃燒總空氣量的 80-90%，剩下的二次風從燃燒器噴口周邊外一定距離處均勻布置的四個噴口以直流的形式送入爐膛；蝸殼葉片式燃燒器，一次風通過蝸殼進入爐膛，二次風通過內、外二次風通道的軸向葉片一旋轉的方式進入爐膛；RSFC 型燃燒器，一次風為直流風，二次風由三個分風道以旋流的形式進入爐膛，其中一個或三個分風道均可以摻入在循環煙氣。6.3.3濃縮型旋流煤粉燃燒器濃縮型旋流燃燒器是指一次

32、風粉混合物經過濃縮后通過提高煤粉濃度來改善煤粉的著火及燃燒條件的旋流煤粉燃燒器。6.3.4DRB 型旋流燃燒器 B&W 公司 20 世紀 70 年代推出了二次風雙流道均為旋流的燃燒器，即 DRB 型燃燒器(Dual Register Burner，雙調風旋流燃燒器)，其結構如圖 6-4 所示。DRB 型燃燒器一次風管外有可調的內二次風和外二次風管，風管中設有 2 個分別控制的調風器。內調風器的主要作用是促進著火和穩燃，外調風器的主要作用是在火焰下游供風以完成燃燒。圖 6-4 DRB 型旋流燃燒器DRB 型燃燒器主要通過調整內、外二次風的比例和旋流強度來調節一、二次風的混合，延遲燃燒過程

33、、降低燃燒強度，并在燃燒器出口造成很強的還原性氣氛，從而降低 NOX 的排放量。DRB 型燃燒器主要適用于燃燒揮發分大于 5的煙煤。運行實踐證明，采用 DRB型燃燒器后，距噴口 1.2 m 處的火焰溫度由 1600降至 1400，N0 x 排放濃度可降低39。6.4 雙調風燃燒器 是美國 B&W 公司開發出的第一代低 NOX 旋流煤粉燃燒器，并在 1971 年投入商業運行。一次風一般為直流，一次風管道內裝有顆粒導向器和圓錐形擴散體，用慣性分離作用將一次風風粉混合物分成濃、兩股氣流，一次風管壁四周為濃煤粉氣流，一次風管中心附近為淡煤粉氣流。二次風分為兩部分，內二次風道中有軸向可動葉片，外

34、二次風道中采用軸向或切向可動葉片使內、外二次風旋轉。通過調節內、外二次風的比例和葉片角度，可以改變氣流的旋轉強度，從而調節一、二次風的混合。6.4.1德國 Babcock 公司 WS 型雙調風低氮燃燒器WS 型雙調風低氮燃燒器，如圖 6-5 所示。燃燒器的中心是中心風管，管中可插點火油槍。一次風和外二次風是直射流，內二次風由葉片產生旋轉，改變葉片的角度可調整旋流強度。圖 6-5 WS 型低 NOX 燃燒器 WS6.4.2HT-NR 型低 NOX 燃燒器Babcock-日本 IHI 公司在 DBR 型燃燒器的基礎上，與 1985 年研制成 HT-NR 型低 NOX 燃燒器，其結構如圖 6-6 所

35、示。一次風粉氣流經過 90彎頭進入燃燒器一次風管后，通過文丘里管向中心濃縮，然后經過安裝在中心管上小角度軸向葉片，煤粉被甩向一次風管壁附近后噴入爐膛。一次風噴口裝有陶瓷制成的齒形穩燃環，可使煤粉顆粒穩定著火。內二次風通道內裝有可調角度的軸向葉片。在內二次風道出口，排列緊密的旋流葉片圍繞著一次風噴口。二次風擋板和內二次風軸向葉片分別由兩根推拉式的拉桿控制，推拉二次風擋板可改變內、外二次風風量比例。圖 6-6 HT-NR 型低 NOX 燃燒器1-齒環穩燃器 2-內二次風擴口 3-外二次風徑向葉片；4-內二次風軸向葉片；5-一次風葉片；6-二次風擋板；7-文丘里管；8-一次風管；9-看火孔；10-油

36、槍6.4.3PAX 型旋流燃燒器 PAX 型燃燒器(Primary Air Exchange Burner，一次風交換燃燒器)是 B&W 公司在 DRB 型燃燒器的基礎上增設了 PAX 裝置及分級風管形成的，結構如圖 6-7 所示。圖 6-7 PAX 型燃燒器 PAX 型燃燒器的原理是當一次風粉氣流通過燃燒器入口彎頭時，由于離心力的作用，使進入外側主燃燒器噴嘴的煤粉約占總煤粉量的 90。其余約 10的煤粉和約 50的低溫乏氣，從一次風管中抽出，將其作為三次風在燃燒器周圍的三次風口噴入爐膛。一次風管中所剩的 50空氣與二次風箱引入的溫度為 310371的熱風混合后作為一次風噴入爐膛。這種

37、燃燒器的降低 NOX 原理仍是分級送風。6.4.4NSW 型旋流燃燒器NSW 型旋流燃燒器的一次風通道內裝有軸向葉片式分離器，利用慣性分離作用將一次風風粉混合物分成濃、兩股氣流，淡煤粉氣流通過一次風內通道，濃煤粉氣流通過一次風外通道。兩股氣流在噴口處，通過導向裝置將濃煤粉氣流引向燃燒器中心附近，淡煤粉氣流引向濃煤粉氣流外側噴入爐膛，二次風通過內、外二次風通道以旋流的形式進入爐膛。運行表明，火焰穩定性提高。6.4.5徑向濃淡旋流燃燒器 哈爾濱工業大學在提出了“水平濃縮煤粉燃燒”技術的基礎上，提出了“徑向濃淡旋流煤粉燃燒”技術，這種燃燒器的結構見圖 6-8。圖 6-8 徑向濃淡旋流燃燒器 徑向濃淡

38、旋流燃燒器是在一次風道中加裝了一個煤粉濃縮器，從而將一次風、粉混合物分成煤粉濃度相差適當的兩股徑向氣流。靠近中心的一股為含粉量較多的濃煤粉氣流，它經過濃一次風通道噴入爐膛。另外一股為含粉量較少的淡煤粉氣流，在濃煤粉氣流外側環形通道噴入爐內，從而形成沿半徑方向的濃煤粉、淡煤粉的著火方式。同時二次風通道分成了兩部分，一部分二次風以旋流的形式進入爐內；另一部分二次風以直流的形式在旋流二次風外側的環形通道進入爐內。這種燃燒器是將煤粉分級、空氣分級相組合的一種方式，已在燃用貧煤、煙煤的多臺鍋爐上得到應用，實現了高效、穩燃、低污染燃燒#。 現將國外幾家旋流燃燒器生產公司的低氮燃燒器發展情況及國內外大型鍋爐

39、燃燒器改造及使用情況匯總見表 6-1。各公司低氮燃燒器的發展及應用情況表公司名稱第一代燃燒器第二代燃燒器第三代燃燒器第四代燃燒器第五代燃燒器1976 年，CF（可控流量）燃燒器，二次風分兩層，即內、外二次風，有一個可滑動的套筒擋板可控制每個燃燒器的二次風量。北侖期所用的是這代的修改型，在燃燒器中間增加了中心風。CF/SF 燃燒器始于 1979 年，該燃燒器與第一代燃燒器的區別是噴嘴的形式不同，第二代燃燒器的噴嘴分成 4 個橢圓形的，即火焰為 4 股。1991 年1995年，對燃燒器的噴嘴形式進行了一些改進，即把CF/SF 燃燒器 4個煤粉噴嘴改為IFS 燃燒器的 6個煤粉噴嘴。1994 年至今

40、，PF/SF 燃燒器，與第三代的主要區別為內二次風進入的方式，在進口內、外二次風是平行的，而不是先進入外二次風然后再進入內二次風；第四代燃燒器煤粉進入方式為軸向的，而不是切向的。1997 年至今，VS/SF 燃燒器，內二次風的葉片為軸向，角度固定；內二次風風量通過一個可軸向滑動的內二次風錐形套筒進行調節。美國 FW北侖二期，改造前的江蘇利港，使用該燃燒器NOX 排放濃度都在 1000mg/Nm3左右。FW 提供業績沒有超過 300MW 以上的機組，在美國的 HP1（500t/h)爐其 NOX 排放為258mg/Nm3，NJ爐為 393mg/m3。美國巴威20 世紀 70 年代，雙調風燃燒器，即

41、 DRB 燃燒器。20 世紀 80 年代中期，DRB-XCL燃燒器，內、外二次風旋流強度可通過軸向葉片21 世紀初，DRB-4Z 燃燒器，在內二次風與一次風之間有一過渡區，該區域的公司名稱第一代燃燒器第二代燃燒器第三代燃燒器第四代燃燒器第五代燃燒器角度調節。二次風量可調節。北侖#2 爐用該燃燒器 NOX 的排放值在550mg/Nm3。嘉興用該燃燒器，NOX 的排放值在330460mg/Nm3。蘭溪電廠用的是該燃燒器，NOX的排放值在300mg/Nm3。1997 年 ABT 燃燒器開始商業運行，其開發的 Opti-Flow 燃燒器專用來對原鍋爐進行改造，該燃燒器采用雙調風系統，控制燃燒器內外二次

42、風的分配。美國 ABT江蘇利港電廠改造后其 NOX 排放濃度控制在400mg/Nm3左右。德國巴威1976 年，W 型二次風為一股1978 年，WS 型燃燒器二次風分內、外二次風，內二次風的旋流強度可調。1991 年，DS 型燃燒器，內、外二次風旋流強度都可調，且一次風也有旋流葉片。公司名稱第一代燃燒器第二代燃燒器第三代燃燒器第四代燃燒器第五代燃燒器Staudinger 電廠改造前使用該型號燃燒器 NOX排放濃度在500800mg/Nm3。Staudinger 電廠改造后使用該型號燃燒器 NOX排放濃度在300460mg/Nm3。80 年代中期英巴完成對 Mark型燃燒器的商業運行，該燃燒器除

43、了一次風和燃料，還有二次風和三次風，較以前英巴燃燒器在 NOX排放上減少了近50%濃度。90 年代中期英巴開發了Mark型低氮燃燒器，該燃燒器在型的基礎上引入了四次風，其 NOX 的排放濃度可進一步降低25%左右。英國巴威香港青山電廠改造后使用該燃燒器 NOX 排放濃度從原來1500mg/Nm3下降到500900mg/Nm3。表 6-17.7.低低 NOXNOX 燃燒器的發展前景燃燒器的發展前景直流燃燒器和旋流燃燒器各有優劣，結合我國煤種多變、煤質下降的情況以及多年來所取得的切圓燃燒的運行經驗來看，直流燃燒器具有其優越性。目前世界上比較成熟的低NOX 燃燒器有：美國 B&W 公司的雙調

44、風低 NOX 系列燃燒器，即 DRB-XCL 低 NOX 燃燒器和DRB-4ZTM 低 N0 x 燃燒器；美國 FW 公司的 CF/SF 低 NOX 燃燒器；日本 BHK 公司的 HTNR3 型燃燒器；日本三菱公司的 PM 低 NOX 燃燒器；ALSTOM 公司的低 NOX 同軸燃燒系統。我國低 NOX 燃燒技術起步較早，主要集中在對四角切圓直流燃燒方式鍋爐燃燒器的 LNB 改造上。采用 LNB 技術，只需用低 NOX 燃燒器替換原來的燃燒器，燃燒系統和爐膛結構不需要作任何更改，改造費用較低，因此成為電站鍋爐降低 NOX 排放量的重要手段。 三菱 MACT 低 NOX 燃燒系統如圖 7-1：

45、PM 型低 NOX 燃燒器為主要燃燒器，集低NOX 燃燒器、爐膛空氣分級、燃料分級和煙氣再循環于一體，適用于四角切向燃燒的燃燒器布置方式，可達 100ppm 以下 。圖 7-18 8 題庫題庫一、填空題1（燃燒過程中最終生成的 NO 濃度和燃料中氮全部轉化成 NO 時的濃度比）為燃料型 NOX的轉化率2（燃料）型 NOX 是電廠鍋爐排放 NOX 最主要的3 空氣分級燃燒的實現有多種形式，但主要有（軸向）和（徑向）分級燃燒兩種。4 燃盡風的種類：（緊湊型燃盡風） 、 （分離燃盡風） 、 （高速燃盡風） 、 （旋流燃盡風） 。5（將再燃和選擇性非催化還原(SNCR)相結合，將氨水或尿素作為氮催化劑

46、噴入再燃區或燃盡區，以進一步降低 NOX） ，稱之為先進再燃。6 影響再燃效果的主要因素（再燃燃料的種類和特性） 、 （再燃燃料比和過量空氣系數） 、（再燃燃料注入溫度） 、 （煙氣在再燃區的停留時間） 。7（再燃燃料輸入熱量占鍋爐總輸入熱量的份額）為再燃燃料比。二、簡答題1 燃煤鍋爐排放的 NOX 來源有哪幾種類型？并簡述每種類型的生成機理。 根據 NOX 中的 N 的來源及生成途徑，燃煤鍋爐中 NOX 的生成機理可以分為三類：熱力型、燃料型和快速型，其中燃料型占主導作用。 （1）熱力型 NOX 是參與燃燒的空氣中的 N 在高溫下氧化產生的，熱力型 NOX 產生的反應速度要比燃燒時反應速度慢

47、，而且溫度對其生成起著決定性作用，因此，在鍋爐燃燒時可以通過降低火焰溫度、控制氧氣濃度以及縮短煤在高溫區的停留時間來抑制熱力型NOX 的生成。 （2）快速型的 NOX 中 N 的來源也是空氣中的氮，煤炭揮發分中的碳氫化合物在高溫條件下發生熱分解，生成活性很強的碳化氫自由基（CH、CH2 ）這些活化的 CHi 與空氣中的N2 反應形成中間產物 HCN、NH 和 N 等，再進一步氧化而形成的 NO，實驗表明這個過程只需 60ms，故稱快速型 NOX。 （3）由燃料中的 N 氧化而生成的 NOX 稱為燃料型 NOX；燃料型 NOX 是煤粉燃燒過程中NOX 的主要來源，占總量的 60%80%；煤中絕大多數的 N 都是以有機 N 的形式存在，在燃燒過程中，一部分含氮的有機化合物揮發并受熱裂解生成 N、CN、HCN 和 NHi 等中間產物，隨后再被氧化生成 NOX；另一部分焦炭中剩余氮在焦炭燃燒過程中被氧化成 NOX，因此燃料型 NOX 又分為揮發分 NOX 和焦炭 NOX。 2 燃煤鍋爐的低 NOX 空氣分級燃燒燃技術的原理是什么？ 它通過調整燃燒器及其附近區域或是整個爐膛區域內空氣和燃料的混合狀態，在保證總體過量空氣系數不變的基礎上，使燃料經歷“富燃料燃燒”和“富氧燃盡”兩