4低氮燃烧技术原理-培训教程(DOC45页)7688.doc

Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.京能集团运运行人员培培训教程BEIH Plaant CCoursse低氮燃烧技技术原理low NNOX ccombuustioon teechnoologyyMAJTD NOO.1000.2目 录1低氮燃烧烧技术11.1 NNOX产生机理理和抑制方方法11.2影响响NOX生成量的的因素62.低氮燃燃烧技术1132.1 基基本原理1133.空气分分级低NOX燃烧技术术原理及其其技术特征征分析1443.1空气气分级燃烧烧的基本原原理153.2空气气分级燃烧烧的主要形形式153.3轴向向空气分级级燃烧的影影响因素1163.4径向向空气分级级燃烧的影影响因素1163.5燃尽尽风的种类类163.6燃尽尽风布置方方式的选择择223.7空气气分级燃烧烧技术的应应用前景2234.燃料分分级燃烧2244.1燃料料再燃的原原理244.2再燃燃燃料的选选择254.3再燃燃燃料的选选取254.4影响响再燃效果果的主要因因素274.5燃料料再燃技术术的发展前前景275.烟气再再循环低NOX燃烧技术术原理及其其技术特征征分析2775.1烟气气再循环机机理285.2烟气气再循环率率的选择2285.3利用用烟气再循循环实现HTACC296.低NOOX燃烧器技技术原理及及型式2996.1低NNOX燃烧器的的原理2996.2直流流煤粉燃烧烧器306.3旋流流煤粉燃烧烧器326.4双调调风燃烧器器337.低NOOX燃烧器的的发展前景景398题库411I1低氮燃烧烧技术1.1 NNOX产生机理理和抑制方方法 锅锅炉燃烧过过程中成成成的氮氧化化物（主要要是NO和NO2）严重地地污染了环环境。因此此，抑制NOX的生成已已成为大容容量锅炉的的燃烧器设设计及运行行时必须考考虑的主要要问题之一一。锅炉燃燃烧过程中中产生的NOX一般可分分为三大类类：即热力力型NOX(Therrmaoll NOXX)、燃料型NOX（Feull NOXX）、和快快速型NOX（Prommpt NNOX）。上述3种氮氧化化物的组成成随燃料含含氮量不同同有差别。对对于燃煤，通通常燃料型型NOX占7085，热热力型NOOX占1525，其其余为少量量的快速型型NOX。图1-1 不同类型NOX生成量与与炉膛温度度的关系1.1.11热力型：热力型NOOX是高温温下空气中中氮气氧化化而成，其其生成机理理是由原苏苏联科学家家捷里道维维奇提出来来的。温度度对热力型型NOX的影影响十分非非常明显，热热力型NOOX又称为为温度型NNOX。当当燃烧温度度低于18800K时时，热力NNOX生成成极少；当当温度高于于18000K时，反反应逐渐明明显，且随随温度的升升高，NOOX生成量量急剧升高高。控制热热力型NOOX的关键键在于降低低燃烧温度度水平，避避免局部高高温。（1） 产生机理：1） 化学反应及及反应物、生生成物活化化能的影响响：按泽尔多维维奇机理，NO生成可用如下一组不分支连锁反应来说明。 O2OO+O NN2+ONO+NN N+O22NO+OO上述反应是是一个连锁锁反应，决决定NO生成速速度的是原原子N的生成速速度，反应应式 N+O2NO+OO相比于式式 N2+ONO+NN是相当迅迅速的，因因而影响NNO生成速速度的关键键反应链是是反应式 N2+ONO+NN，反应式 NN2+ONO+NN是一个吸吸热反应，反反应的活化化能由反应应式反应和和氧分子离离解反应的的活化能组组成，其和和为5422X1033J/mool。分子子氮比较稳稳定，只有有较大的活活化能才能能把它氧化化成NO，在反反应中氧原原子的作用用是活化链链接的环节节，它源于于O2在高温条条件下的分分解。热力力型NOXX的生成量量伴随氧气气浓度和温温度的增大大而加大。正正因为氧原原子和氮分分子反应的的活化能很很大，而原原子氧和燃燃料中可燃燃成份反应应的活化能能又很小，在在燃烧火焰焰中生成的的原子氧很很容易和燃燃料中可燃燃成份反应应，在火焰焰中不会生生成大量的的NO，NO的生成成反应基本本上在燃料料燃烧完了了之后才进进行。热力力型NOXX的生成速速度要比相相应的碳等等可燃成份份燃烧速度度慢，主要要生成区域域是在火焰焰的下游位位置。2） 反应时间的的影响：在锅炉燃烧烧水平下，NO生成反应还没有达到化学平衡，因而NO的生成量将随烟气在高温区内的停留时间增长而增大。另外，氧气的浓度直接影响NO的生成量，氧浓度水平越高，NO的生成量就会越多。当温度高于1500时，NO生成反应变得十分明显，随着温度的升高，反应速度按阿累尼乌斯定律按指数规律迅速增加。通过实验得到，温度在1500以上附近变化时，温度每升高100，上述反应的速度将增大6-7倍。可见温度具有决定性影响。因此也就把这种在高温下空气中的氮氧化物称之为温度型NOX。（2） 热力型NOOX的抑制制：热力型NOOX的产生生源于空气气中的氮气气在15000 以上的高高温反应环环境下氧化化，所以，控控制热力型型NOX的主主要从一下下几方面入入手：1） 降低燃烧反反应是的温温度，避开开其反应所所需要的高高温环境；2） 使氧气浓度度处于较低低的水平；3） 减少空气中中的氮气浓浓度；4） 缩短热力型型NOX生成成区的停留留时间。一般来说，工工业燃烧过过程中以空空气为氧化化剂时控制制N2的浓度不不容易实现现，而富氧氧燃烧或纯纯氧燃烧技技术就是以以减少N2从而减少少热力型NNOX的一一种方法。降降低燃烧温温度在工程程实践中是是通过向火火焰面喷射射水/水蒸气来来实现的。降降低氧浓度度可以通过过烟气循环环来实现。使使一部分烟烟气和新鲜鲜空气混合合，既可以以降低氧浓浓度，同时时可以降低低火焰的温温度。此外外分级燃烧烧和浓淡燃燃烧技术也也可以控制制热力型NNOX。1.1.22快速型：快速型NOOX主要是指指燃料中的的碳氢化合合物在燃料料浓度较高高区域燃烧烧时所产生生的烃与燃燃烧空气中中的N2分子发生生反应形成成的CN、HCN，继续氧氧化而生成成氮氧化物物。因此，快快速型氮氧氧化物主要要产生于碳碳氢化合物物含量较高高、氧浓度度较低的富富燃料区。快快速温度型型NOX是空气中中的氮分子子在着火初初始阶段，与与燃料燃烧烧的中间产产物烃（CHi）等发生生撞击，生生成中间产产物HCN和CN等，在经经氧化最后后生成NOX。其转化化率取决于于过程中空空气过剩条条件和温度度水平。（1） 产生机理：快速温度型型NOX的产产生是由于于氧原子浓浓度远超过过氧分子离离解的平衡衡浓度的缘缘故。测定定发现氧原原子的浓度度比平衡时时的浓度高高出十倍，并并且发现在在火焰内部部，由于反反应快，OO、OH、H的浓度偏偏离其平衡衡浓度，其其反应如下下:H+O2OH+OOO+H2OH+HHOH+H22H2O+H 可可见，快速速温度型NNOX的生生成可以用用扩大的泽泽尔多维奇奇机理解释释，但不遵遵守氧分子子离析反应应处于平衡衡状态这一一假定。经实验发现现，随着燃燃烧温度上上升，首先先出现HCCN，在火火焰面内到到达最高点点，在火焰焰面背后降降低下来。在在HCN浓度度降低的同同时，NOO生成量急急剧上升。还还发现在HHCN浓度度经最高点点转入下降降阶段时，有有大量的NNHi存在在，这些胺胺化合物进进一步氧化化生成NOO。其中HCCN是重要要的中间产产物，900%的快速速温度型NNOX是经经HCN而产产生的。快快速温度型型NOX的生生成量受温温度的影响响不大，而而与压力的的0. 55次方成正正比。在煤煤粉炉中，其其生成量很很小，一般般在5%以下。正正常情况下下，对不含含氮元素的的碳氢燃料料的较低温温度的燃烧烧反应中，才才着重考虑虑快速型NNOX。（2） 快速型NOOX的抑制制原理快速型NOOX的特征征是温度依依赖性低，生生成速度快快。根据快快速型NOOX的生成成机理考虑虑，它是由由N2分子和和CHI自由由基反应生生成的HCCN ， HCNN又被数个个基元反应应氧化而成成的。所以以快速型NNOX的控控制主要从从两个方面面来入手考考虑:抑制N2分子和和CHI自由由基的反应应以及HCCN的多个个基元反应应。1.1.33燃料型：燃料型NOOX是燃料料中氮化合合物在燃烧烧过程中热热分解且氧氧化而生成成的，是燃燃煤电厂锅锅炉产生氮氮氧化物的的主要途径径，其生成成量主要与与氧浓度（化化学当量比比）有关。燃燃料型NOOX包括挥挥发分中均均相生成的的NOX和由由残焦中异异相生成的的NOX两部部分。挥发发分中的氮氮主要以HHCN和NHi的形式析析出，随后后氧化生成成NOX。焦焦炭中氮可可以通过异异相反应氧氧化生成NNOX。其其中由挥发发分燃料氮氮转化而成成的燃料型型NOX（简简称挥发分分燃料型NNOX）约约占6080，由由焦炭燃料料氮转化而而成的NOOX（简称称焦炭燃料料型NOXX）约占20040。燃料中氮的的化合物中中氮是以原原子状态与与各种碳氢氢化合物结结合的，与与空气中氮氮相比，其其结合键能能量较小，因因而这些有有机化合物物中的原子子氮较容易易分解出来来，氮原子子的生成量量大大增加加，液体与与固体燃料料燃烧时，由由于氮的有有机化合物物放出大量量的氮原子子，因此无无论是挥发发燃烧中还还是焦炭燃燃烧阶段都都生成大量量的NO。就煤煤而言，燃燃料氮向NNOX转化化过程大致致有三个阶阶段:首先是有有机氮化合合物随挥发发分析出一一部分，其其次是挥发发分中氮化化合物燃烧烧，最后是是炭骸中有有机氮燃烧烧。（1） 产生机理：燃料燃烧时时，燃料氮氮几乎全部部迅速分解解生成中间间产物I，如果有有含氧化合合物R存在时，则则这些中间间产物I(指N，CN，HCN和NHi等化化合物)与R(指O，O2和OH等)反应生成成NO，同时时I还可以与与NO发生反反应生成NN2:燃料(N) I II+RNO+ II+NON2燃煤中的氮氮分为挥发发性氮和焦焦炭氮，其其中挥发性性氮被释放放后含有一一定量的NNH3，并按下下式进行反反应: NHH3+02NO+焦炭N+OO2NO+燃煤中的氮氮生成NOOX主要取取决于煤中中的含氮量量，显然煤煤中的含氮氮量越高，生生成的NOOX越多。当当锅炉内生生成NOXX时，还存存在一系列列氧化还原原反应。燃料氮的转转化率主要要受温度、过过量空气系系数(富裕氧浓浓度)和燃料含含氮量的影影响，一般般在10%45%范围内。随着氮的转转化率(主要受温温度影响)升高，燃燃料氮转化化率不断提提高，但这这主要发生生在70008000温度区间间内。因为为燃料NOO既可通过过均相反应应又可通过过多相反应应生成，燃燃烧温度很很低时，绝绝大部分氮氮留在焦炭炭内；而温温度很高时时，70% -900%的氮以以挥发分形形式析出。浙浙江大学研研究表明，850时，70%的NO来自焦炭燃烧；1150时，这一比例降至50%。由于多相反应的限速机理，在高温时可能向扩散控制方向转变，故温度超过900以后，燃料氮转化率只有少量升高。其主要的生生成阶段是是燃烧起始始时候，在在煤粉炉占占NOX生成成总量的约约60%一80%左右右，目前对对燃料型NNOX的研研究仍在继继续深入。燃燃煤中氮元元素的含量量一般约为为0.5%2.5%，以N原子状态态与煤中的的碳氢化合合物相紧密密结合，以以链状或环环状形式存存在，主要要是以N-C和N-H键的的形式存在在，N-CC和N-H键要要比分子氮氮的N-NN键能小的的多，更容容易被氧化化断裂生成成NOX，从从这个反应应的机理可可以看出燃燃料型NOOX要比热热力型NOOX更容易易产生。由由于这种氮氮氧化物是是燃料中的的氮化合物物经过热分分解和氧化化产生的，故故称之为燃燃料型NOOX 。而焦炭氮煤煤在通常的的燃烧温度度下以产生生燃料型和和热力型NNOX为主主，对不含含氮的碳型型燃料，只只在较低温温度燃烧时时，才需要要重点考虑虑快速型NNOX，而而当温度超超过10000时，则主主要生成热热力型NOOX。可见见，降低燃燃烧温度可可有效减少少NO的生成成，但当温温度降低到到900以下时，燃燃料N向N2 O的转化率率将提高。因因此，仅通通过降低燃燃烧温度来来控制NOOX的排放放是不够的的，需要兼兼顾各方面面因素。（2） 燃料NOXX的抑制：经理论和试试验研究结结果表明，煤煤粉中氮转转化成NOOX的量主主要取决于于炉内过量量空气系数数的高低，当当煤粉在缺缺氧状态下下燃烧时，挥挥发出来的的N和C，H竞争环境境中不足的的氧气。但但是由于氮氮竞争能力力相对较弱弱，这就减减少了NOOX的形成成；氮虽竞竞争氧能力力较差，但但是却可以以之间相互互作用而生生成无害的的氮气分子子。由以上上结论可以以看出，在在富燃料条条件下降低低炉内的过过量空气系系数能在很很大程度上上抑制燃料料型NOXX的生成。同时，燃料料中的含氮氮量也是影影响燃料型型NOX生成成的一个重重要因素。研研究发现，含含氮量越高高的燃料生生成NOXX的转化率率越低。但但是由于基基数相对较较大，实际际燃烧过程程中高含氮氮量燃料最最终所产生生的燃料型型NOX要远远大于含氮氮量低的燃燃料。研究究表明燃料料中的氮是是在较低温温度下就开开始分解，故故温度对燃燃料型NOOX的生成成影响不是是很大。综上所述，降降低燃料型型NOX的主主要因素是是减少反应应环境中的的氧气浓度度，使煤粉粉在a<11环境中进进行燃烧反反应；在扩扩散燃烧时时候推迟空空气和燃料料的混合；在允许条条件下应当当燃用含氮氮量低的燃燃煤。燃烧过程中中最终生成成的NO浓度和和燃料中氮氮全部转化化成NO时的浓浓度比为燃燃料型NOOX的转化化率CR【最最终生成的的NO浓度】÷【燃料全全部转化成成NO的浓度度】试验研究表表明，影响响CR的主要要因素是煤煤种特性以以及炉内的的燃烧条件件。用挥发分化化学当量比比（SRVV Stooichiiomettric Ratiio off Vollatille）来表表征挥发分分燃烧过程程中的气氛氛。对挥发份析析出时刻进进行气氛的的有效控制制，可以有有效抑制NNOX的生生成，这一一结论从微微观角度验验证了空气气分级技术术对NOXX深层控制制的可行性性。1.2影响响NOX生成量的的因素1.2.11煤质条件件煤是一种含含有大量CC，H，O和少量S，N等有机物物和部分无无机物的沉沉积岩。煤煤里面的NN原子一般般是以链状状或者环状状两种形态态存在于物物质当中，经经研究发现现，如果NN以环状形形态存在于于物质中，通通过燃烧一一般不会转转化成为氮氮氧化物，所所以对环境境的污染相相对较少，但但是如果以以链状的形形态存在于于物质中，经经过剧烈的的燃烧化学学反应多数数被氧化成成氮氧化物物，造成大大气污染。然然而煤中的的N元素的主主要存在形形式为链状状，所以煤煤燃烧过程程就伴随大大量的氮氧氧化物的产产生。（1） 煤质氮含量量：常规燃料中中，除天然然气基本上上不含氮化化物外，其其他燃料或或多或少地地含有氮化化物，其中中石油的平平均含氮量量为0.665%左右右，煤的含含氮量一般般在0.55%2.5%左右。通通常，燃料料中大约220%80%的N转化为NOOX ，其其中NO又占90%95%。当当燃料中的的N含量超过过0.1%时，燃料料型NOXX排放将是是最主要的的。燃料的的N含量增加加时，虽然然生成的燃燃料型NOOX量增加加，但NOOX的转化化率却减少少；煤的燃燃料比FCC/V越高高， NOOX的转化化率越低。（2） 挥发分含量量我国发电用用煤中N和挥发分分含量：对对于所考察察数据库中中的煤种，随随干燥无灰灰基挥发分分含量(Vdaff )的增增加，收到到基N含量(Nar)呈逐渐降降低的趋势势，只有少少数挥发分分很高的褐褐煤稍偏离离这一趋势势。锅炉燃用煤煤种主要是是贫煤和烟烟煤，但挥挥发分含量量在2030之间间的较少，因因为这一范范围的烟煤煤主要是炼炼焦煤不不用作锅炉炉燃料对于于所统计的的锅炉和煤煤种。燃煤煤高挥发分分含量煤的的锅炉NO排放量一一般较低。相相比起来，燃燃用贫煤比比燃用烟煤煤的锅炉NNO排放质量量浓度高得得多，如图图1-2、图1-3。图1-2 无烟煤挥挥发份氮v与关系 图1-3 烟煤挥发发份氮v与关系国内外大量量的实验室室研究结果果和实际锅锅炉现场试试验的经验验表明，煤煤的挥发分分含量是影影响锅炉NNOX生成成和排放量量的主要因因素之一，这这是因为煤煤中挥发分分的释放和和燃烧相当当程度上决决定了煤粉粉火焰特别别是燃烧初初期高温区区的温度及及其分布，因因此在燃燃烧空气充充分的条件件下高挥挥发分煤燃燃烧的火焰焰温度高，这这种情况下下燃烧生成成的NOXX质量浓度度随煤的挥挥发分的增增加而增加加，但另一一方面挥挥发分的释释放和快速速燃烧可迅迅速、大量量消耗O，导致燃燃烧初期火火焰区贫氧氧甚至出现现还原气氛氛区。从而而抑制挥发发分氮向NNOX 的的转化和燃燃料NOXX的生成，这这是低NOOX煤粉燃燃烧器控制制NOX生成成的主要依依据之一。此此时，煤中中挥发分含含量增加，随随热解析出出到火焰中中的氮一般般较多且较较多地被还还原。因而而锅炉生成成的NOXX随煤中挥挥发分含量量的增加而而降低。1.2.22锅炉的设设计参数和和运行条件件（1） 低NOX 燃烧系统统的影响通过低NOOX燃烧器器对煤粉的的燃烧组织织，促进挥挥发分析及及挥发分氮氮的大量析析出，通过过主燃烧区区低过量空空气系数抑抑制挥发分分氮向NOO 的转化化，而炉内内深度空气气分级的采采用则促进进NOX的还还原，高挥挥发分煤因因相对N 含量低且且燃料N 的转换可可得到有效效抑制，因因此这种控控制方式对对高挥发分分煤NOXX 排放控控制更为有有效。（2） 焦氮含量随随温度变化化趋势，如如图1-4图 1-4（3） 煤粉细粒对对燃料N转化为挥挥发分N比例的影影响，如图图1-5图 1-55（4） 机组负荷对对氮氧化物物排放影响响机组负荷的的高低直接接影响了炉炉膛温度的的高低，而而温度对热热力型和快快速型氮氧氧化物的影影响很大，从从而对氮氧氧化物的排排放产生影影响，因此此不同负荷荷下氮氧化化物的排放放也有不同同。如图1-6，说明降降低炉膛温温度也是降降低氮氧化化物的一个个重要思路路，但是锅锅炉运行炉炉内温度不不宜过度的的降低(尤其是锅锅炉燃用劣劣质煤)会导致锅锅炉的低负负荷稳燃性性能降低、燃燃烧效率降降低，甚至至有熄火的的危险。图 1-66（5） 炉膛氧量对对氮氧化物物排放影响响对神华煤燃燃烧过程中中试验发现现：当SRV值值小于1.1时，NO析出量量很小，当当SRV大于于1.111时，挥发发份燃烧后后O2开始有部部分剩余，造造成HCNN，NH3等前驱物物的大量氧氧化，引起起NO的快速速增加。在SRV1.588之后，可可以明显观观察到焦炭炭的燃烧，并并且随着OO2量的增加加，加速了了O2从周围空空间向焦炭炭表面的扩扩散，焦炭炭的非均相相氧化，焦焦炭NOXX也会迅速速增加。在在SRV增大大到2.338时达到到最大值，随随后随SRRV增大开开始呈现下下降趋势。适适当的高温温有利于早早期挥发份份的快速析析出，降低低整体NOOX析出比比例，如图图1-7图 1-77（6） NOX排放放量与一次次风的关系系传统锅炉设设计一次风风配比方式式，见表1-1煤种干燥无灰基基挥发分含含量 VVdaf/%一次风率直流燃烧器器旋流燃烧器器SRV无烟煤280.150.22.577.5贫煤8190.150.21.061.8775烟煤203000.250.31.011.25304000.30.300.41.0褐煤405000.350.40.800.8755推荐值SRV11.0表 1-1图 1-8化氮排放量与一次风率的关系图 1-99图 1-110从图1-110氧量变化化对NOXX排放影响响显著，在在300MMW工况下下，配风方方式相同时时，当氧量量从4%降至2%时，一一般NOXX的排放量量能减少11503350mgg/m3左右。氧氧量降低对对NOX排放放的减少主主要原因是是当氧量减减少时，燃燃料型NOOX的生成成明显减少少所致。应控制一次次风的SRRV<1.0，在煤煤粉着火之之间找到最最佳值，同同时避免二二次空气在在挥发份燃燃烧阶段过过早混入。（7） 风、煤配比比对氮氧化化物排放影影响随着氧量的的降低，相相同配风方方式下NOOX的排放放浓度也逐逐渐降低，NOX的排放浓度排放浓度和配风方式正塔、均等、束腰、倒塔依次呈降低趋势。说明配风方式对NOX的排放浓度影响显著。1) 正塔配风时时，由于煤煤粉燃烧所所需的空气气在燃烧初初期就已大大量混入主主燃烧区，主主燃烧区氧化性气气氛较浓，因因此导致燃燃烧区的NNOX生成成得不到有有效抑制，尽尽管这种燃燃烧方式下下，主燃烧烧区温度比比其他方式式低，但由由于燃料型型NOX的生生成在燃烧烧初期呈主主导地位，因因此，该方方式下NOOX的排放放浓度是最最高的。2) 均等配风方方式与束腰腰配风方式式下，NOOX的排放放特性接近近，相比均均等配风方方式略比束束腰配风排放放低。两种种配风方式式下NOXX的生成量量均低于正正塔配风方方式，主要要是由于这这两种配风风方式下，主主燃烧区的的氧浓度均均低于正塔塔配风方式式，从而抑抑制了燃料料型NOXX的生成，如如图1-11。图 1-1113) 预期束腰方方式下NOOX的排放放要低于均均等配风，但但实际两者者排放特性性相近，且且束腰方式下的NNOX的排排放要略高高于均等配配风，这主主要是由于于束腰方式式虽然更能能抑制燃料料NOX的生生成，但由由于该方式式下，火焰焰中心温度度较高，热热力型NOOX生成量量增加，两两者相抵，导导致两种配配风方式下下NOX排放放浓度接近近。4) 采用倒塔配配风或倒塔塔、束腰的的组合配风风方式对NNOX生成成的抑制效效果最为明明显，只有采用这种种配风方式式，才能比比较有效地地实现燃料料和空气分分级，从而而有效地降降低NOXX的生成量量。5) 尽管采用倒倒塔配风和和倒塔束腰腰的组合配配风方式对对NOX的排排放浓度降降低效果明明显，但必须在一一定条件下下合理使用用正确的配配风方式，否否则将对锅锅炉运行安安全和经济济性均产生生不利影响响。（8） 降低氮氧化化物排放对对锅炉效率率影响1) 低氧燃烧方方式对锅炉炉运行经济济性的影响响采用低氧燃燃烧方式对对锅炉经济济性有利，同同时能有效效控制NOOX的生成成，是大型型烟煤锅炉炉上可以推推广采用的的运行方式式。2) 配风方式对对锅炉运行行经济性的的影响研究结果表表明，锅炉炉一、二次次风配风方方式会对锅锅炉的燃烧烧经济性产产生较大影影响。与锅锅炉正常运运行的正塔塔、均等配配风方式相相比，采用用倒塔运行行方式尽管管能更有效效地降低锅锅炉NOX的排放，但但采用此配配风方式会会对锅炉经经济性产生生不利的影影响。 研研究表明，在在燃烧系统统优化改造造的基础上上，采用低低氧燃烧方方式和倒束束腰的配风风方式均可可有效降低低NOX的排放。如如果将两种种方法适当当组合、联联合应用，可可以取得降降低NOX排放量的的良好效果果。通过燃燃烧优化，使使得在一定定条件下，同同时实现节节能减排，提提高锅炉效效率，降低低NOX排放。研究表明，采采用低氧燃燃烧和配风风方式相结结合的方式式能大幅度度降低NOX排放量。但但是，但由由于现有燃燃烧器的布布置无法达达到燃烧空空气轴向深深度分级、在在燃尽风与与主燃烧器器之间无法法形成足够够的还原空空间，NOX的排放量量仍无法达达到国家标标准450mmg/m的要求。说说明目前传传统的低氮氮燃烧方式式难以达到到我国现行行排放标准准的要求。近年来新新建燃煤电电站锅炉均均采用了先先进低NOX燃烧系统 低NOX燃烧技术术的快速发发展和应用用，显著影影响锅炉的的运行性能能锅炉NOX排放特性性及各影响响因素的影影响趋势也也随低NOX燃烧技术术的使用而而变化对采采用先进低低NOX燃烧系统统的锅炉，主主要是根据据煤的燃烧烧特性来实实现NOX 排放控制制，相应的的燃煤挥发发分含量高高则NOX度一般降降低。在煤粉粉锅炉中燃燃料NOX占NOX 生成量的的大部分。燃燃料NOX 的生成量量不仅取决决于煤中的的含氮量，还还取决于其其他煤质特特性参数这些参数数主要通过过影响煤的的热解、燃燃烧特性而而影响燃料料N的转化和NOX的生成 影响燃料NOX生成的主主要煤质特特性是煤中中氮和挥发发分含量，此此外颗粒尺尺寸分布、热热解速度、挥挥发分和焦焦燃烧速度度也影响NOX 的生成。图 2-12.低氮燃燃烧技术 从热力型型对、燃料料型和快速速型三种NNOX生成成机理可以以得出抑制制NOX生成成和促使破破坏NOXX的途径，图图2-1中还原气气氛箭头所所指即抑制制和促使NNOX破坏坏的途径。2.1 基基本原理2.1.1. 低过量空气气燃烧：低过量空气气燃烧是传传统常用的的低氮燃烧烧技术，如如图2-2是使燃烧烧过程尽可可能在接近近理论空气气量的条件件下进行，随随着烟气中中过量氧的的减少，可可以抑制NOX的生成。这这是一种最最简单 的降低NOX排放的方方法。一般般可降低NOX排放1520%。但如炉炉内氧浓度度过低（3%以下），会会造成浓度度急剧增加加，增加化化学不完全全燃烧热损损失，引起起飞灰含碳碳量增加，燃燃烧效率下下降。因此此在锅炉设设计和运行行时，应选选取最合理理的过量空空气系数。图 2-22剩系数对NOX生成量的的影响2.1.2. 降低助燃空空气预热温温度燃烧空气由由27预热到3115，NO排放量量增加3倍，如图2-3图 2-33热温度对对天然气燃燃烧系统NOX生成量的的影响3.空气分分级低NOX燃烧技术术原理及其其技术特征征分析3.1 空气分级燃燃烧的基本本原理空气分级燃燃烧技术是是美国在220世纪50年代首首先发展起起来的，它它是目前使使用最为普普遍的低NNOX燃烧烧技术之一一。空气分分级燃烧的的基本原理理为：将燃燃烧所需的的空气量分分成两级送送入，使第第一级燃烧烧区内过量量空气系数数在0.8左右，燃燃料先在缺缺氧的富燃燃料条件下下燃烧，使使得燃烧速速度和温度度降低，因因而抑制了了热力型NOX的生成。同同时，燃烧烧生成的CO与NO进行还原原反应，以以及燃料N分解成中中间产物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作用用或与NO还原分解解，抑制了了燃料型NOX的生成；在二级燃燃烧区内，将将燃烧用的的空气的剩剩余部分以以二次空气气输入，成成为富氧燃燃烧区。由由于此区域域温度已降降低，新生生成的NOX量有限，因因此，总体体上NOX的排放量量少，最终终空气分级级燃烧可使使NOX生成量降降低3050。3.2 空气分级燃燃烧的主要要形式空气分级燃燃烧的实现现有多种形形式，但主主要有轴向向和径向分分级燃烧两两种。轴向分级燃燃烧(OFA方式)，如图3-1：轴向分级燃燃烧方式即即火上风方方式，是将将燃烧所需需的二次风风分两部分分进入炉膛膛：一部分分为主二次次风，约占占二次风总总量的70085；另另一部分为为火上风(也称燃尽尽风OFAA)，约占占二次风量量的l530。如如此，炉膛膛内形成33个燃烧区区域，即热热解区、贫贫氧区和富富氧区，如如下图所示示。热解区区中煤粉和和一次风混混合燃烧，会会生成少量量的热力型型NOX；贫贫氧区中燃燃料不完全全燃烧，抑抑制了燃料料性NOXX的生成；富氧区中中火上风促促成了燃料料的完全燃燃烧。整个个过程减少少了热力型型NOX的生生成，同时时抑制了燃燃料型NOOX的生成成，降低了了NOX的总总排放量，实实现了高效效低NOXX燃烧的要要求。图3-1轴轴向空气分分级燃烧示示意图图3-2径径向空气分分级燃烧示示意图径向分级燃燃烧，如图图3-2：将二次风射射流轴线向向水冷壁偏偏转一定角角度，形成成一次风煤煤粉气流在在内、二次次风在外的的径向分级级燃烧。此此时，沿炉炉膛水平径径向把煤粉粉的燃烧区区域分成位位于炉膛中中心的贫氧氧区和水冷冷壁附近的的富氧区。由由于二次风风射流向水水冷壁偏转转，推迟了了二次风与与一次风的的混合，降降低了燃烧烧中心氧气气浓度，使使燃烧中心心1，煤粉在在缺氧条件件下燃烧，抑抑制了NOOX的生成成，NOXX的排放浓浓度降低。由由于在水冷冷壁附近形形成氧化性性气氛，可可防止或减减轻水冷壁壁的高温腐腐蚀和结焦焦。3.3 轴向空气分分级燃烧的的影响因素素燃尽风喷口口与燃烧器器最上层一一次风喷口口的距离HH：距离大，分分级效果好好，NOXX下降幅度度大，但飞飞灰可燃物物会增加。合合适的距离离与炉膛结结构、燃料料种类有关关。根据前前苏联全苏苏热工研究究所试验经经验。H由下式计计算：燃尽风份额额：风量大大，分级效效果好，但但可能引起起燃烧器区区域严重缺缺氧而出现现受热面结结焦和高温腐蚀蚀。对于煤煤粉炉，合合理的燃尽尽风占锅炉炉总风量的的1520左右右。燃尽风风速速：燃尽风风要有足够够高的流速速，以保证证与烟气的的良好混合合。燃尽风风速约为44550m/ss合适。燃尽风喷口口布置方式式：常见的的是角置式式OFA喷口口，也有采采用墙置式式结构，即即OFA喷口口沿炉膛四面面墙布置。3.4 径向空气分分级燃烧的的影响因素素主要是二次次风的偏转转角度，偏偏转角度大大，NOX排放量下下降幅度大大，但飞灰灰可燃物也也会增多，合合适的偏转转角度因煤煤种而异。3.5 燃尽风的种种类3.5.1 紧凑型燃尽尽风（CCCOFA） CCCOFAA（Closse-cooupleed Ovver FFiredd Airr）也称为为强耦合式式燃尽风，一一般紧邻最最上层燃烧烧器布置，由由大风箱供供风。它可可以减少富富燃料区的的反应时间间，增加贫贫燃料区或或燃尽区的的反应时间间。其布置置结构如图图3-3所示：图3-3 炉内空气气分级结构构示意图在前些年投投产的3000MW等等级机组锅锅炉中，几几乎都采用用了CCOOFA技术术，CCOOFA风量量通常只占占总风量的的15%左右右，可使锅锅炉NOXX排放量控控制在6550mg/m3左右。3.5.2 分离燃尽风风（SOFFA） SSOFA（Sepaarateed Ovver FFiredd Airr）是另一一种燃尽风风形式，其其风速通常常设计为550m/ss。SOFAA风布置在在远离燃烧烧器的位置置，与主燃燃烧器拉开开一定距离离。当前3300MWW和600MMW机组锅锅炉的典型型设计中，SOFA风与上一次风的距离通常都在8米左右。表3-1给出了国内部分电厂深度分级燃烧布置的尺寸。国内部分电电厂深度分分级燃烧布布置尺寸序名 称称单位外高桥一厂厂3号炉黄埔电厂5、6号炉炉外高桥二厂厂宝钢电厂1号炉1机组容量MW3003009003502紧靠型燃尽尽风×3紧靠型燃尽尽风数量个844分离型燃尽尽风5分离型燃尽尽风数量个/层8 / 2212 / 34 / 116燃尽风喷口口的中心标标高米33.55531.735.5447燃尽风与上上一次风中中心距米8.127.438.516.978燃尽风喷口口中心与屏屏底距离米12.05512.510.999表 3-11 SSOFA风风喷口一般般设计为具具有上下和和水平摆动动功能，以以调整燃尽尽风穿透深深度和混合合效果，并并有效防止止炉膛出口口过大的扭扭转残余。SOFA风喷口如图3-4所示：图3-4 SSOFA喷嘴示意意图当前3000MW和600MMW机组的的锅炉设计计中，SOOFA风的的份额通常常取值300%，对于于改造锅炉炉，由于锅锅炉原设计计的原因（主主要是再热热汽温），一一般取值在在18%20%。因因改造锅炉炉燃尽风比比例比新设设计锅炉相相应减少，会会影响燃尽尽风的脱硝硝效果，这这是其NOOX降低浓浓度与新建建锅炉相差差的重要原原因之一。对对于新增的的SOFAA风系统，可可从原大风风箱上新增增两路风管管，接入SSOFA风风箱。新增增的SOFFA风执行行机构为气气动模式，需需由电厂主主管路上引引出少量仪仪表用压缩缩空气至各各新增设备备用气点。3.5.3 高速燃尽风风（ROFFA） RROFA（Rotaatingg Oppposedd Firred AAir）是是一项比较较新的技术术，它可以以在有效降降低NOXX排放的同同时减少飞飞灰含碳量量。ROFFA风速一一般超过880m/ss。ROFAA风系统（如如图3-5所示）由由增压风机机、风道和和喷嘴组成成。高速燃燃尽风的形形成可以从从空气预热热器出口单单独引一路路风道，增增加一台增增压风机，将将风机出口口的高压风风送到燃尽尽风喷口，使使喷口风速速达到800 m/ss。这种系系统另外一一个优点与与从大风箱箱引出的燃燃尽风不同同，喷口风风速不受大大风箱风压压的干扰。喷喷口处的风风压一般为为7200KPa，这这取决于混混合所需的的穿透力。图3-5 ROOFA风系统图图高速燃尽风风风速相比比常规燃尽尽风速度增增加后，气气流在炉内内射向中心心的过程中中，射流穿穿透力增强强与周围气气体的动量量交换剧烈烈，使其周周围的气体体加速，进进而增大燃燃尽风射流流的截面以以及射流携携带气体的的流量，这这样燃尽风风射流周围围需要不断断补充气体体。在一个个强空气分分级燃烧的的炉膛内，燃燃尽风以足足够高的速速度射入锅锅炉上部，形形成了高动动能的紊流流区域，促促进了炉膛膛上部空气气与高温烟烟气的混合合，从而给给抑制NOOX提供了了一个很好好的混合环环境，有利利于抑制氮氮氧化物的的生成。同同时由于强强烈混合，有有利于未燃燃尽碳燃尽尽，降低了了CO的排放放，减少了了飞灰含碳碳量。图3-6为燃尽风风与高速燃燃尽风的比比较图，从从图中可以以明显看出出高速燃尽尽风更有利利于降低NNOX排放放。图3-6 燃尽风与与高速燃尽尽风的比较较此外，高速速燃尽风在在炉膛上部部形成强烈烈涡流，使使烟气与空空气充分混混合，温度度分布更趋趋于均匀，增增强了辐射射换热和对对流换热的的效果，从从而起到提提高锅炉效效率，减轻轻了空气分分级技术对对燃烧的影影响。3.5.4 旋流燃尽风风OFA如果锅炉本本身采用旋旋流燃烧器器，则要相相应布置旋旋流燃尽风风OFA。目目前该技术术比较成熟熟的公司有有美国FWW公司、美美国ABTT公司、英