4低氮燃烧技术原理-培训教程(DOC45)1434.doc

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1、京能集团团运行人人员培训训教程BEIHH PPlannt CCourrse低氮燃烧烧技术原原理low NOXX coombuustiion tecchnoologgyMAJTD NNO.1100.2目 录1低氮燃燃烧技术术11.1 NOXX产生机机理和抑抑制方法法11.2影影响NOX生成量量的因素素62.低氮氮燃烧技技术1332.1 基本原原理1333.空气气分级低低NOX燃烧技技术原理理及其技技术特征征分析1143.1空空气分级级燃烧的的基本原原理1553.2空空气分级级燃烧的的主要形形式1553.3轴轴向空气气分级燃燃烧的影影响因素素163.4径径向空气气分级燃燃烧的影影响因素素163.5

2、燃燃尽风的的种类1163.6燃燃尽风布布置方式式的选择择223.7空空气分级级燃烧技技术的应应用前景景234.燃料料分级燃燃烧2444.1燃燃料再燃燃的原理理244.2再再燃燃料料的选择择254.3再再燃燃料料的选取取254.4影影响再燃燃效果的的主要因因素2774.5燃燃料再燃燃技术的的发展前前景2775.烟气气再循环环低NOX燃烧技技术原理理及其技技术特征征分析2275.1烟烟气再循循环机理理285.2烟烟气再循循环率的的选择2285.3利利用烟气气再循环环实现HTAAC2996.低NNOX燃烧器器技术原原理及型型式2996.1低低NOX燃烧器器的原理理296.2直直流煤粉粉燃烧器器306

3、.3旋旋流煤粉粉燃烧器器326.4双双调风燃燃烧器3337.低NNOX燃烧器器的发展展前景3398题库441I1低氮燃燃烧技术术1.1 NOXX产生机机理和抑抑制方法法 锅炉燃燃烧过程程中成成成的氮氧氧化物（主主要是NO和NO2）严重重地污染染了环境境。因此此，抑制制NOX的生成成已成为为大容量量锅炉的的燃烧器器设计及及运行时时必须考考虑的主主要问题题之一。锅炉燃燃烧过程程中产生生的NOX一般可可分为三三大类：即热力力型NOXX(Thhermmaoll NOOX)、燃料料型NOX（Feuul NNOX）、和和快速型型NOX（Proomptt NOOX）。上述述3种氮氧氧化物的的组成随随燃料含含

4、氮量不不同有差差别。对对于燃煤煤，通常常燃料型型NOXX占7085，热热力型NNOX占占1525，其其余为少少量的快快速型NNOX。图1-11 不同类类型NOX生成量量与炉膛膛温度的的关系1.1.1热力型型：热力型NNOX是是高温下下空气中中氮气氧氧化而成成，其生生成机理理是由原原苏联科科学家捷捷里道维维奇提出出来的。温度对对热力型型NOXX的影响响十分非非常明显显，热力力型NOOX又称称为温度度型NOOX。当当燃烧温温度低于于18000K时时，热力力NOXX生成极极少；当当温度高高于18800KK时，反反应逐渐渐明显，且且随温度度的升高高，NOOX生成成量急剧剧升高。控制热热力型NNOX的的

5、关键在在于降低低燃烧温温度水平平，避免免局部高高温。（1） 产生机理理：1） 化学反应应及反应应物、生生成物活活化能的的影响：按泽尔多多维奇机机理，NNO生成成可用如如下一组组不分支支连锁反反应来说说明。 O2O+OO NN2+ONO+N N+OO2NO+O上述反应应是一个个连锁反反应，决决定NOO生成速速度的是是原子NN的生成成速度，反反应式 N+OO2NO+O相比比于式 N2+ONO+N是相相当迅速速的，因因而影响响NO生成成速度的的关键反反应链是是反应式式 N2+ONO+N，反应式式 N2+ONO+N是一一个吸热热反应，反反应的活活化能由由反应式式反应和和氧分子子离解反反应的活活化能组组

6、成，其其和为5542XX1033J/mmol。分子氮氮比较稳稳定，只只有较大大的活化化能才能能把它氧氧化成NNO，在在反应中中氧原子子的作用用是活化化链接的的环节，它它源于OO2在高温温条件下下的分解解。热力力型NOOX的生生成量伴伴随氧气气浓度和和温度的的增大而而加大。正因为为氧原子子和氮分分子反应应的活化化能很大大，而原原子氧和和燃料中中可燃成成份反应应的活化化能又很很小，在在燃烧火火焰中生生成的原原子氧很很容易和和燃料中中可燃成成份反应应，在火火焰中不不会生成成大量的的NO，NO的生生成反应应基本上上在燃料料燃烧完完了之后后才进行行。热力力型NOOX的生生成速度度要比相相应的碳碳等可燃燃

7、成份燃燃烧速度度慢，主主要生成成区域是是在火焰焰的下游游位置。2） 反应时间间的影响响：在锅炉燃燃烧水平平下，NNO生成成反应还还没有达达到化学学平衡，因因而NOO的生成成量将随随烟气在在高温区区内的停停留时间间增长而而增大。另外，氧氧气的浓浓度直接接影响NNO的生生成量，氧氧浓度水水平越高高，NOO的生成成量就会会越多。当温度度高于115000时，NOO生成反反应变得得十分明明显，随随着温度度的升高高，反应应速度按按阿累尼尼乌斯定定律按指指数规律律迅速增增加。通通过实验验得到，温温度在115000以上附附近变化化时，温温度每升升高1000，上述述反应的的速度将将增大66-7倍倍。可见见温度具

8、具有决定定性影响响。因此此也就把把这种在在高温下下空气中中的氮氧氧化物称称之为温温度型NNOX。（2） 热力型NNOX的的抑制：热力型NNOX的的产生源源于空气气中的氮氮气在115000 以上的的高温反反应环境境下氧化化，所以以，控制制热力型型NOXX的主要要从一下下几方面面入手：1） 降低燃烧烧反应是是的温度度，避开开其反应应所需要要的高温温环境；2） 使氧气浓浓度处于于较低的的水平；3） 减少空气气中的氮氮气浓度度；4） 缩短热力力型NOOX生成成区的停停留时间间。一般来说说，工业业燃烧过过程中以以空气为为氧化剂剂时控制制N2的浓度度不容易易实现，而而富氧燃燃烧或纯纯氧燃烧烧技术就就是以减

9、减少N2从而减减少热力力型NOOX的一一种方法法。降低低燃烧温温度在工工程实践践中是通通过向火火焰面喷喷射水/水蒸气气来实现现的。降降低氧浓浓度可以以通过烟烟气循环环来实现现。使一一部分烟烟气和新新鲜空气气混合，既既可以降降低氧浓浓度，同同时可以以降低火火焰的温温度。此此外分级级燃烧和和浓淡燃燃烧技术术也可以以控制热热力型NNOX。1.1.2快速型型：快速型NNOX主要是是指燃料料中的碳碳氢化合合物在燃燃料浓度度较高区区域燃烧烧时所产产生的烃烃与燃烧烧空气中中的N2分子发发生反应应形成的的CN、HCN，继续续氧化而而生成氮氮氧化物物。因此此，快速速型氮氧氧化物主主要产生生于碳氢氢化合物物含量较

10、较高、氧氧浓度较较低的富富燃料区区。快速速温度型型NOX是空气气中的氮氮分子在在着火初初始阶段段，与燃燃料燃烧烧的中间间产物烃烃（CHi）等发发生撞击击，生成成中间产产物HCN和CN等，在在经氧化化最后生生成NOX。其转转化率取取决于过过程中空空气过剩剩条件和和温度水水平。（1） 产生机理理：快速温度度型NOOX的产产生是由由于氧原原子浓度度远超过过氧分子子离解的的平衡浓浓度的缘缘故。测测定发现现氧原子子的浓度度比平衡衡时的浓浓度高出出十倍，并并且发现现在火焰焰内部，由由于反应应快，OO、OH、H的浓度度偏离其其平衡浓浓度，其其反应如如下:H+O22OH+OO+H22OH+HOH+HH2H2O

11、+H 可见，快快速温度度型NOOX的生生成可以以用扩大大的泽尔尔多维奇奇机理解解释，但但不遵守守氧分子子离析反反应处于于平衡状状态这一一假定。经实验发发现，随随着燃烧烧温度上上升，首首先出现现HCNN，在火火焰面内内到达最最高点，在在火焰面面背后降降低下来来。在HHCN浓浓度降低低的同时时，NOO生成量量急剧上上升。还还发现在在HCNN浓度经经最高点点转入下下降阶段段时，有有大量的的NHii存在，这这些胺化化合物进进一步氧氧化生成成NO。其其中HCCN是重重要的中中间产物物，900%的快快速温度度型NOOX是经经HCNN而产生生的。快快速温度度型NOOX的生生成量受受温度的的影响不不大，而而与

12、压力力的0. 5次次方成正正比。在在煤粉炉炉中，其其生成量量很小，一一般在55%以下下。正常常情况下下，对不不含氮元元素的碳碳氢燃料料的较低低温度的的燃烧反反应中，才才着重考考虑快速速型NOOX。（2） 快速型NNOX的的抑制原原理快速型NNOX的的特征是是温度依依赖性低低，生成成速度快快。根据据快速型型NOXX的生成成机理考考虑，它它是由NN2分子子和CHHI自由由基反应应生成的的HCNN ， HCCN又被被数个基基元反应应氧化而而成的。所以快快速型NNOX的的控制主主要从两两个方面面来入手手考虑:抑制N22分子和和CHII自由基基的反应应以及HHCN的的多个基基元反应应。1.1.3燃料型型

13、：燃料型NNOX是是燃料中中氮化合合物在燃燃烧过程程中热分分解且氧氧化而生生成的，是是燃煤电电厂锅炉炉产生氮氮氧化物物的主要要途径，其其生成量量主要与与氧浓度度（化学学当量比比）有关关。燃料料型NOOX包括括挥发分分中均相相生成的的NOXX和由残残焦中异异相生成成的NOOX两部部分。挥挥发分中中的氮主主要以HHCN和和NHi的形式式析出，随随后氧化化生成NNOX。焦炭中中氮可以以通过异异相反应应氧化生生成NOOX。其其中由挥挥发分燃燃料氮转转化而成成的燃料料型NOOX（简简称挥发发分燃料料型NOOX）约约占600800，由由焦炭燃燃料氮转转化而成成的NOOX（简简称焦炭炭燃料型型NOXX）约占

14、占2040。燃料中氮氮的化合合物中氮氮是以原原子状态态与各种种碳氢化化合物结结合的，与与空气中中氮相比比，其结结合键能能量较小小，因而而这些有有机化合合物中的的原子氮氮较容易易分解出出来，氮氮原子的的生成量量大大增增加，液液体与固固体燃料料燃烧时时，由于于氮的有有机化合合物放出出大量的的氮原子子，因此此无论是是挥发燃燃烧中还还是焦炭炭燃烧阶阶段都生生成大量量的NOO。就煤煤而言，燃燃料氮向向NOXX转化过过程大致致有三个个阶段:首先是是有机氮氮化合物物随挥发发分析出出一部分分，其次次是挥发发分中氮氮化合物物燃烧，最最后是炭炭骸中有有机氮燃燃烧。（1） 产生机理理：燃料燃烧烧时，燃燃料氮几几乎全

15、部部迅速分分解生成成中间产产物I，如果果有含氧氧化合物物R存在时时，则这这些中间间产物II(指N，CN，HCNN和NHii等化合合物)与R(指O，O2和OH等)反应生生成NOO，同时时I还可以以与NOO发生反反应生成成N2:燃料(NN) I I+RRNO+ I+NNON2燃煤中的的氮分为为挥发性性氮和焦焦炭氮，其其中挥发发性氮被被释放后后含有一一定量的的NH3，并按按下式进进行反应应: NNH3+02NO+焦炭N+O2NO+燃煤中的的氮生成成NOXX主要取取决于煤煤中的含含氮量，显显然煤中中的含氮氮量越高高，生成成的NOOX越多多。当锅锅炉内生生成NOOX时，还还存在一一系列氧氧化还原原反应。

16、燃料氮的的转化率率主要受受温度、过量空空气系数数(富裕氧氧浓度)和燃料料含氮量量的影响响，一般般在100%445%范范围内。随着氮的的转化率率(主要受受温度影影响)升高，燃燃料氮转转化率不不断提高高，但这这主要发发生在77008000温度区区间内。因为燃燃料NOO既可通通过均相相反应又又可通过过多相反反应生成成，燃烧烧温度很很低时，绝绝大部分分氮留在在焦炭内内；而温温度很高高时，770% -900%的氮氮以挥发发分形式式析出。浙江大大学研究究表明，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

17、料氮转化率只有少量升高。其主要的的生成阶阶段是燃燃烧起始始时候，在在煤粉炉炉占NOOX生成成总量的的约600%一80%左右，目目前对燃燃料型NNOX的的研究仍仍在继续续深入。燃煤中中氮元素素的含量量一般约约为0.5%2.55%，以以N原子状状态与煤煤中的碳碳氢化合合物相紧紧密结合合，以链链状或环环状形式式存在，主主要是以以N-CC和N-HH键的形形式存在在，N-C和N-HH键要比比分子氮氮的N-N键能能小的多多，更容容易被氧氧化断裂裂生成NNOX，从从这个反反应的机机理可以以看出燃燃料型NNOX要要比热力力型NOOX更容容易产生生。由于于这种氮氮氧化物物是燃料料中的氮氮化合物物经过热热分解和和

18、氧化产产生的，故故称之为为燃料型型NOXX 。而焦炭氮氮煤在通通常的燃燃烧温度度下以产产生燃料料型和热热力型NNOX为为主，对对不含氮氮的碳型型燃料，只只在较低低温度燃燃烧时，才才需要重重点考虑虑快速型型NOXX，而当当温度超超过10000时，则则主要生生成热力力型NOOX。可可见，降降低燃烧烧温度可可有效减减少NOO的生成成，但当当温度降降低到9900以下时时，燃料料N向N2 O的转化化率将提提高。因因此，仅仅通过降降低燃烧烧温度来来控制NNOX的的排放是是不够的的，需要要兼顾各各方面因因素。（2） 燃料NOOX的抑抑制：经理论和和试验研研究结果果表明，煤煤粉中氮氮转化成成NOXX的量主主要

19、取决决于炉内内过量空空气系数数的高低低，当煤煤粉在缺缺氧状态态下燃烧烧时，挥挥发出来来的N和C，H竞争环环境中不不足的氧氧气。但但是由于于氮竞争争能力相相对较弱弱，这就就减少了了NOXX的形成成；氮虽虽竞争氧氧能力较较差，但但是却可可以之间间相互作作用而生生成无害害的氮气气分子。由以上上结论可可以看出出，在富富燃料条条件下降降低炉内内的过量量空气系系数能在在很大程程度上抑抑制燃料料型NOOX的生生成。同时，燃燃料中的的含氮量量也是影影响燃料料型NOOX生成成的一个个重要因因素。研研究发现现，含氮氮量越高高的燃料料生成NNOX的的转化率率越低。但是由由于基数数相对较较大，实实际燃烧烧过程中中高含

20、氮氮量燃料料最终所所产生的的燃料型型NOXX要远大大于含氮氮量低的的燃料。研究表表明燃料料中的氮氮是在较较低温度度下就开开始分解解，故温温度对燃燃料型NNOX的的生成影影响不是是很大。综上所述述，降低低燃料型型NOXX的主要要因素是是减少反反应环境境中的氧氧气浓度度，使煤煤粉在aa1环环境中进进行燃烧烧反应；在扩散散燃烧时时候推迟迟空气和和燃料的的混合；在允许许条件下下应当燃燃用含氮氮量低的的燃煤。燃烧过程程中最终终生成的的NO浓度度和燃料料中氮全全部转化化成NOO时的浓浓度比为为燃料型型NOXX的转化化率CRR【最最终生成成的NOO浓度】【燃料料全部转转化成NNO的浓浓度】试验研究究表明，影

21、影响CRR的主要要因素是是煤种特特性以及及炉内的的燃烧条条件。用挥发分分化学当当量比（SRV Stoichiometric Ratio of Volatile）来表征挥发分燃烧过程中的气氛。对挥发份份析出时时刻进行行气氛的的有效控控制，可可以有效效抑制NNOX的的生成，这这一结论论从微观观角度验验证了空空气分级级技术对对NOXX深层控控制的可可行性。1.2影影响NOX生成量量的因素素1.2.1煤质条条件煤是一种种含有大大量C，H，O和少量量S，N等有机机物和部部分无机机物的沉沉积岩。煤里面面的N原子一一般是以以链状或或者环状状两种形形态存在在于物质质当中，经经研究发发现，如如果N以环状状形态存

22、存在于物物质中，通通过燃烧烧一般不不会转化化成为氮氮氧化物物，所以以对环境境的污染染相对较较少，但但是如果果以链状状的形态态存在于于物质中中，经过过剧烈的的燃烧化化学反应应多数被被氧化成成氮氧化化物，造造成大气气污染。然而煤煤中的NN元素的的主要存存在形式式为链状状，所以以煤燃烧烧过程就就伴随大大量的氮氮氧化物物的产生生。（1） 煤质氮含含量：常规燃料料中，除除天然气气基本上上不含氮氮化物外外，其他他燃料或或多或少少地含有有氮化物物，其中中石油的的平均含含氮量为为0.665%左左右，煤煤的含氮氮量一般般在0.5%2.55%左右右。通常常，燃料料中大约约20%80%的N转化为为NOXX ，其其中

23、NOO又占900%95%。当燃燃料中的的N含量超超过0.1%时时，燃料料型NOOX排放放将是最最主要的的。燃料料的N含量增增加时，虽虽然生成成的燃料料型NOOX量增增加，但但NOXX的转化化率却减减少；煤煤的燃料料比FCC/V越越高， NOXX的转化化率越低低。（2） 挥发分含含量我国发电电用煤中中N和挥发发分含量量：对于于所考察察数据库库中的煤煤种，随随干燥无无灰基挥挥发分含含量(Vdaaf )的增加加，收到到基N含量(Narr)呈逐逐渐降低低的趋势势，只有有少数挥挥发分很很高的褐褐煤稍偏偏离这一一趋势。锅炉燃用用煤种主主要是贫贫煤和烟烟煤，但但挥发分分含量在在2030之之间的较较少，因因为

24、这一一范围的的烟煤主主要是炼炼焦煤不用作作锅炉燃燃料对于于所统计计的锅炉炉和煤种种。燃煤煤高挥发发分含量量煤的锅锅炉NO排放量量一般较较低。相相比起来来，燃用用贫煤比比燃用烟烟煤的锅锅炉NO排放质质量浓度度高得多多，如图图1-2、图1-3。图1-22 无烟煤煤挥发份份氮v与关系 图1-33 烟煤挥挥发份氮氮v与关系国内外大大量的实实验室研研究结果果和实际际锅炉现现场试验验的经验验表明，煤煤的挥发发分含量量是影响响锅炉NNOX生生成和排排放量的的主要因因素之一一，这是是因为煤煤中挥发发分的释释放和燃燃烧相当当程度上上决定了了煤粉火火焰特别别是燃烧烧初期高高温区的的温度及及其分布布，因此此在燃燃烧

25、空气气充分的的条件下下高挥挥发分煤煤燃烧的的火焰温温度高，这这种情况况下燃烧烧生成的的NOXX质量浓浓度随煤煤的挥发发分的增增加而增增加，但但另一方方面挥挥发分的的释放和和快速燃燃烧可迅迅速、大大量消耗耗O，导致致燃烧初初期火焰焰区贫氧氧甚至出出现还原原气氛区区。从而而抑制挥挥发分氮氮向NOOX 的的转化和和燃料NNOX的的生成，这这是低NNOX煤煤粉燃烧烧器控制制NOXX生成的的主要依依据之一一。此时时，煤中中挥发分分含量增增加，随随热解析析出到火火焰中的的氮一般般较多且且较多地地被还原原。因而而锅炉生生成的NNOX随随煤中挥挥发分含含量的增增加而降降低。1.2.2锅炉的的设计参参数和运运行

26、条件件（1） 低NOXX 燃烧烧系统的的影响通过低NNOX燃燃烧器对对煤粉的的燃烧组组织，促促进挥发发分析及及挥发分分氮的大大量析出出，通过过主燃烧烧区低过过量空气气系数抑抑制挥发发分氮向向NO 的转化化，而炉炉内深度度空气分分级的采采用则促促进NOOX的还还原，高高挥发分分煤因相相对N 含量低低且燃料料N 的转转换可得得到有效效抑制，因因此这种种控制方方式对高高挥发分分煤NOOX 排排放控制制更为有有效。（2） 焦氮含量量随温度度变化趋趋势，如如图1-44图 Error! Bookmark not defined.-4（3） 煤粉细粒粒对燃料料N转化为为挥发分分N比例的的影响，如如图1-55

27、图 1-5（4） 机组负荷荷对氮氧氧化物排排放影响响机组负荷荷的高低低直接影影响了炉炉膛温度度的高低低，而温温度对热热力型和和快速型型氮氧化化物的影影响很大大，从而而对氮氧氧化物的的排放产产生影响响，因此此不同负负荷下氮氮氧化物物的排放放也有不不同。如如图1-6，说明明降低炉炉膛温度度也是降降低氮氧氧化物的的一个重重要思路路，但是是锅炉运运行炉内内温度不不宜过度度的降低低(尤其是是锅炉燃燃用劣质质煤)会导致致锅炉的的低负荷荷稳燃性性能降低低、燃烧烧效率降降低，甚甚至有熄熄火的危危险。图 1-6（5） 炉膛氧量量对氮氧氧化物排排放影响响对神华煤煤燃烧过过程中试试验发现现：当SRVV值小于于1.1

28、1时，NOO析出量量很小，当当SRVV大于1.11时时，挥发发份燃烧烧后O2开始有有部分剩剩余，造造成HCCN，NH3等前驱驱物的大大量氧化化，引起起NO的快快速增加加。在SRVV1.558之后后，可以以明显观观察到焦焦炭的燃燃烧，并并且随着着O2量的增增加，加加速了OO2从周围围空间向向焦炭表表面的扩扩散，焦焦炭的非非均相氧氧化，焦焦炭NOOX也会会迅速增增加。在在SRVV增大到到2.338时达达到最大大值，随随后随SSRV增增大开始始呈现下下降趋势势。适当当的高温温有利于于早期挥挥发份的的快速析析出，降降低整体体NOXX析出比比例，如如图1-77图 1-7（6） NOX排排放量与与一次风风

29、的关系系传统锅炉炉设计一一次风配配比方式式，见表表1-11煤种干燥无灰灰基挥发发分含量量 VVdaff/%一次风率率直流燃烧烧器旋流燃烧烧器SRV无烟煤280.1550.222.57.55贫煤81990.1550.221.0661.8875烟煤203300.2550.331.01.225304400.330.30.441.00褐煤405500.3550.440.80.8875推荐值SRV1.00表 Error! Bookmark not defined.-1图 1-8化氮排放量与一次风率的关系图 1-9图 1-10从图1-10氧量变变化对NNOX排排放影响响显著，在在3000MW工工况下，配配

30、风方式式相同时时，当氧氧量从44%降至至2%时，一一般NOOX的排排放量能能减少11503500mg/m3左右。氧量降降低对NNOX排排放的减减少主要要原因是是当氧量量减少时时，燃料料型NOOX的生生成明显显减少所所致。应控制一一次风的的SRVV1.0，在在煤粉着着火之间间找到最最佳值，同同时避免免二次空空气在挥挥发份燃燃烧阶段段过早混混入。（7） 风、煤配配比对氮氮氧化物物排放影影响随着氧量量的降低低，相同同配风方方式下NNOX的的排放浓浓度也逐逐渐降低低，NOOX的排排放浓度度排放浓浓度和配配风方式式正塔、均等、束腰、倒塔依依次呈降降低趋势势。说明明配风方方式对NNOX的的排放浓浓度影响响

31、显著。1) 正塔配风风时，由由于煤粉粉燃烧所所需的空空气在燃燃烧初期期就已大大量混入入主燃烧烧区，主主燃烧区氧化性性气氛较较浓，因因此导致致燃烧区区的NOOX生成成得不到到有效抑抑制，尽尽管这种种燃烧方方式下，主主燃烧区区温度比比其他方方式低，但但由于燃燃料型NNOX的的生成在在燃烧初初期呈主主导地位位，因此此，该方方式下NNOX的的排放浓浓度是最最高的。2) 均等配风风方式与与束腰配配风方式式下，NNOX的的排放特特性接近近，相比比均等配配风方式式略比束束腰配风排排放低。两种配配风方式式下NOOX的生生成量均均低于正正塔配风风方式，主主要是由由于这两两种配风风方式下下，主燃燃烧区的的氧浓度度

32、均低于于正塔配配风方式式，从而而抑制了了燃料型型NOXX的生成成，如图图1-111。图 1-113) 预期束腰腰方式下下NOXX的排放放要低于于均等配配风，但但实际两两者排放放特性相相近，且且束腰方式下的的NOXX的排放放要略高高于均等等配风，这这主要是是由于束束腰方式式虽然更更能抑制制燃料NNOX的的生成，但但由于该该方式下下，火焰焰中心温温度较高高，热力力型NOOX生成成量增加加，两者者相抵，导导致两种种配风方方式下NNOX排排放浓度度接近。4) 采用倒塔塔配风或或倒塔、束腰的的组合配配风方式式对NOOX生成成的抑制制效果最最为明显显，只有采用这这种配风风方式，才才能比较较有效地地实现燃燃

33、料和空空气分级级，从而而有效地地降低NNOX的的生成量量。5) 尽管采用用倒塔配配风和倒倒塔束腰腰的组合合配风方方式对NNOX的的排放浓浓度降低低效果明明显，但必须在在一定条条件下合合理使用用正确的的配风方方式，否否则将对对锅炉运运行安全全和经济济性均产产生不利利影响。（8） 降低氮氧氧化物排排放对锅锅炉效率率影响1) 低氧燃烧烧方式对对锅炉运运行经济济性的影影响采用低氧氧燃烧方方式对锅锅炉经济济性有利利，同时时能有效效控制NNOX的的生成，是是大型烟烟煤锅炉炉上可以以推广采采用的运运行方式式。2) 配风方式式对锅炉炉运行经经济性的的影响研究结果果表明，锅锅炉一、二次风风配风方方式会对对锅炉的

34、的燃烧经经济性产产生较大大影响。与锅炉炉正常运运行的正正塔、均均等配风风方式相相比，采采用倒塔塔运行方方式尽管管能更有有效地降降低锅炉炉NOX的排放放，但采采用此配配风方式式会对锅锅炉经济济性产生生不利的的影响。 研究表表明，在在燃烧系系统优化化改造的的基础上上，采用用低氧燃燃烧方式式和倒束束腰的配配风方式式均可有有效降低低NOX的排放放。如果果将两种种方法适适当组合合、联合合应用，可可以取得得降低NOX排放量量的良好好效果。通过燃燃烧优化化，使得得在一定定条件下下，同时时实现节节能减排排，提高高锅炉效效率，降降低NOX排放。研究表明明，采用用低氧燃燃烧和配配风方式式相结合合的方式式能大幅幅度

35、降低低NOX排放量量。但是是，但由由于现有有燃烧器器的布置置无法达达到燃烧烧空气轴轴向深度度分级、在燃尽尽风与主主燃烧器器之间无无法形成成足够的的还原空空间，NOX的排放放量仍无无法达到到国家标标准4500mg/m的要求求。说明明目前传传统的低低氮燃烧烧方式难难以达到到我国现现行排放放标准的的要求。近年来新建燃燃煤电站站锅炉均均采用了了先进低低NOX燃烧系系统 低NOX燃烧技技术的快快速发展展和应用用，显著著影响锅锅炉的运运行性能能锅炉炉NOX排放特特性及各各影响因因素的影影响趋势势也随低低NOX燃烧技技术的使使用而变变化对采采用先进进低NOX燃烧系系统的锅锅炉，主主要是根根据煤的的燃烧特特性

36、来实实现NOXX 排放控控制，相相应的燃燃煤挥发发分含量量高则NOX度一般般降低。在煤煤粉锅炉炉中燃料料NOX占NOXX 生成量量的大部部分。燃燃料NOXX 的生成成量不仅仅取决于于煤中的的含氮量量，还取取决于其其他煤质质特性参参数这这些参数数主要通通过影响响煤的热热解、燃燃烧特性性而影响响燃料N的转化化和NOX的生成 影响燃燃料NOX生成的的主要煤煤质特性性是煤中中氮和挥挥发分含含量，此此外颗粒粒尺寸分分布、热热解速度度、挥发发分和焦焦燃烧速速度也影影响NOXX 的生成成。图 2-12.低氮氮燃烧技技术 从热力力型对、燃料型型和快速速型三种种NOXX生成机机理可以以得出抑抑制NOOX生成成和

37、促使使破坏NNOX的的途径，图2-1中还原气氛箭头所指即抑制和促使NOX破坏的途径。2.1 基本原原理2.1.1. 低过量空空气燃烧烧：低过量空空气燃烧烧是传统统常用的的低氮燃燃烧技术术，如图图2-2是使燃燃烧过程程尽可能能在接近近理论空空气量的的条件下下进行，随随着烟气气中过量量氧的减减少，可可以抑制制NOX的生成成。这是是一种最最简单 的降低NOX排放的的方法。一般可可降低NOX排放1520%。但如如炉内氧氧浓度过过低（3%以下），会会造成浓浓度急剧剧增加，增增加化学学不完全全燃烧热热损失，引引起飞灰灰含碳量量增加，燃燃烧效率率下降。因此在在锅炉设设计和运运行时，应应选取最最合理的的过量空

38、空气系数数。图 2-2剩系系数对NOX生成量量的影响响2.1.2. 降低助燃燃空气预预热温度度燃烧空气气由277预热到到3155，NO排放放量增加加3倍，如如图2-33图 2-3热温温度对天天然气燃燃烧系统统NOX生成量量的影响响3.空气气分级低低NOX燃烧技技术原理理及其技技术特征征分析3.1 空气分级级燃烧的的基本原原理空气分级级燃烧技技术是美美国在220世纪纪50年代代首先发发展起来来的，它它是目前前使用最最为普遍遍的低NNOX燃燃烧技术术之一。空气分分级燃烧烧的基本本原理为为：将燃燃烧所需需的空气气量分成成两级送送入，使使第一级级燃烧区区内过量量空气系系数在00.8左右，燃燃料先在在缺

39、氧的的富燃料料条件下下燃烧，使使得燃烧烧速度和和温度降降低，因因而抑制制了热力力型NOX的生成成。同时时，燃烧烧生成的的CO与NO进行还还原反应应，以及及燃料N分解成成中间产产物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作作用或与与NO还原分分解，抑抑制了燃燃料型NOX的生成成；在二二级燃烧烧区内，将将燃烧用用的空气气的剩余余部分以以二次空空气输入入，成为为富氧燃燃烧区。由于此此区域温温度已降降低，新新生成的的NOX量有限限，因此此，总体体上NOX的排放放量少，最最终空气气分级燃燃烧可使使NOX生成量量降低3050。3.2 空气分级级燃烧的的主要形形式空气分级级燃烧的的实现有有多种形形式，但但主要

40、有有轴向和和径向分分级燃烧烧两种。轴向分级级燃烧(OFFA方式)，如图3-1：轴向分级级燃烧方方式即火火上风方方式，是是将燃烧烧所需的的二次风风分两部部分进入入炉膛：一部分分为主二二次风，约约占二次次风总量量的700855；另另一部分分为火上上风(也称燃燃尽风OOFA)，约占占二次风风量的ll530。如此，炉炉膛内形形成3个燃烧烧区域，即即热解区区、贫氧氧区和富富氧区，如如下图所所示。热热解区中中煤粉和和一次风风混合燃燃烧，会会生成少少量的热热力型NNOX；贫氧区区中燃料料不完全全燃烧，抑抑制了燃燃料性NNOX的的生成；富氧区区中火上上风促成成了燃料料的完全全燃烧。整个过过程减少少了热力力型N

41、OOX的生生成，同同时抑制制了燃料料型NOOX的生生成，降降低了NNOX的的总排放放量，实实现了高高效低NNOX燃燃烧的要要求。图3-11轴向空空气分级级燃烧示示意图图3-22径向空气气分级燃燃烧示意意图径向分级级燃烧，如如图3-2：将二次风风射流轴轴线向水水冷壁偏偏转一定定角度，形形成一次次风煤粉粉气流在在内、二二次风在在外的径径向分级级燃烧。此时，沿沿炉膛水水平径向向把煤粉粉的燃烧烧区域分分成位于于炉膛中中心的贫贫氧区和和水冷壁壁附近的的富氧区区。由于于二次风风射流向向水冷壁壁偏转，推推迟了二二次风与与一次风风的混合合，降低低了燃烧烧中心氧氧气浓度度，使燃燃烧中心心1，煤粉粉在缺氧氧条件下

42、下燃烧，抑抑制了NNOX的的生成，NOX的排放浓度降低。由于在水冷壁附近形成氧化性气氛，可防止或减轻水冷壁的高温腐蚀和结焦。3.3 轴向空气气分级燃燃烧的影影响因素素燃尽风喷喷口与燃燃烧器最最上层一一次风喷喷口的距距离H：距离大，分分级效果果好，NNOX下下降幅度度大，但但飞灰可可燃物会会增加。合适的的距离与与炉膛结结构、燃燃料种类类有关。根据前前苏联全全苏热工工研究所所试验经经验。HH由下式式计算：燃尽风份份额：风风量大，分分级效果果好，但但可能引引起燃烧烧器区域域严重缺缺氧而出出现受热热面结焦焦和高温腐腐蚀。对对于煤粉粉炉，合合理的燃燃尽风占占锅炉总总风量的的1520左左右。燃尽风风风速：

43、燃燃尽风要要有足够够高的流流速，以以保证与与烟气的的良好混混合。燃燃尽风速速约为44550m/s合适适。燃尽风喷喷口布置置方式：常见的的是角置置式OFFA喷口口，也有有采用墙墙置式结结构，即即OFAA喷口沿炉膛四四面墙布布置。3.4 径向空气气分级燃燃烧的影影响因素素主要是二二次风的的偏转角角度，偏偏转角度度大，NOX排放量量下降幅幅度大，但但飞灰可可燃物也也会增多多，合适适的偏转转角度因因煤种而而异。3.5 燃尽风的的种类3.5.1 紧凑型燃燃尽风（CCOFA） CCOOFA（Cloose-couupleed OOverr Fiiredd Aiir）也也称为强强耦合式式燃尽风风，一般般紧邻最

44、最上层燃燃烧器布布置，由由大风箱箱供风。它可以以减少富富燃料区区的反应应时间，增增加贫燃燃料区或或燃尽区区的反应应时间。其布置置结构如如图3-3所示：图3-33 炉内空空气分级级结构示示意图在前些年年投产的的3000MW等等级机组组锅炉中中，几乎乎都采用用了CCCOFAA技术，CCCOFFA风量量通常只只占总风风量的115%左左右，可可使锅炉炉NOXX排放量量控制在在6500mg/m3左右。3.5.2 分离燃尽尽风（SSOFAA） SOFFA（Sepparaatedd Ovver Firred Airr）是另另一种燃燃尽风形形式，其其风速通通常设计计为500m/ss。SOFFA风布布置在远远离

45、燃烧烧器的位位置，与与主燃烧烧器拉开开一定距距离。当当前3000MWW和6000MW机机组锅炉炉的典型型设计中中，SOOFA风风与上一一次风的的距离通通常都在在8米左右右。表33-1给出了了国内部部分电厂厂深度分分级燃烧烧布置的的尺寸。国内部分分电厂深深度分级级燃烧布布置尺寸寸序名 称单位外高桥一一厂3号炉黄埔电厂厂5、6号号炉外高桥二二厂宝钢电厂厂1号炉1机组容量量MW3003009003502紧靠型燃燃尽风3紧靠型燃燃尽风数数量个844分离型燃燃尽风5分离型燃燃尽风数数量个/层8 / 212 / 34 / 16燃尽风喷喷口的中中心标高高米33.55531.7735.5547燃尽风与与上一次

46、次风中心心距米8.1227.4338.5116.9778燃尽风喷喷口中心心与屏底底距离米12.00512.5510.999表 3-1 SOFFA风喷喷口一般般设计为为具有上上下和水水平摆动动功能，以以调整燃燃尽风穿穿透深度度和混合合效果，并并有效防防止炉膛膛出口过过大的扭扭转残余余。SOOFA风风喷口如如图3-4所示：图3-44 SOOFA喷嘴示示意图当前3000MWW和6000MW机机组的锅锅炉设计计中，SSOFAA风的份份额通常常取值330%，对对于改造造锅炉，由由于锅炉炉原设计计的原因因（主要要是再热热汽温），一一般取值值在188%220%。因改造造锅炉燃燃尽风比比例比新新设计锅锅炉相应应减少，会会影响燃燃尽风的的脱硝效效果，这这是其NNOX降降低浓度度与新建建锅炉相相差的重重要原因因之一。对于新新增的SSOFAA风系统统，可从从原大风风箱上新新增两路路风管，接接入SOOFA风风箱。新新增的SSOFAA风执行行机构为为气动模模式，需需由电厂厂主管路路上引出出少量仪仪表用压压缩空气气至