低氮燃烧技术原理培训课件11237.docx

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1、京能集团运行人员培训教程BEIH Pllantt Cooursse低氮燃烧技技术原理理low NNOX commbusstioon ttechhnollogyyMAJTD NOO.1000.22目 录1低氮燃烧烧技术111.1 NNOX产产生机理理和抑制制方法111.2影响响NOXX生成量量的因素素62.低氮燃燃烧技术术132.1 基基本原理理133.空气分分级低NNOX燃燃烧技术术原理及及其技术术特征分分析1443.1空气气分级燃燃烧的基基本原理理153.2空气气分级燃燃烧的主主要形式式153.3轴向向空气分分级燃烧烧的影响响因素1163.4径向向空气分分级燃烧烧的影响响因素1163.5燃尽

2、尽风的种种类1663.6燃尽尽风布置置方式的的选择2223.7空气气分级燃燃烧技术术的应用用前景2234.燃料分分级燃烧烧244.1燃料料再燃的的原理2244.2再燃燃燃料的的选择2254.3再燃燃燃料的的选取2254.4影响响再燃效效果的主主要因素素274.5燃料料再燃技技术的发发展前景景275.烟气再再循环低低NOXX燃烧技技术原理理及其技技术特征征分析2275.1烟气气再循环环机理2285.2烟气气再循环环率的选选择2885.3利用用烟气再再循环实实现HTTAC2296.低NOOX燃烧烧器技术术原理及及型式2296.1低NNOX燃燃烧器的的原理2296.2直流流煤粉燃燃烧器3306.3旋

3、流流煤粉燃燃烧器3326.4双调调风燃烧烧器3337.低NOOX燃烧烧器的发发展前景景398题库411I1低氮燃烧烧技术1.1 NNOX产产生机理理和抑制制方法 锅锅炉燃烧烧过程中中成成的的氮氧化化物（主主要是NNO和NNO2）严重重地污染染了环境境。因此此，抑制制NOXX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。锅锅炉燃烧烧过程中中产生的的NOXX一般可可分为三三大类：即热力力型NOOX(TTherrmaool NNOX)、燃料料型NOOX（FFeull NOOX）、和和快速型型NOXX（Prromppt NNOX）。上述3种氮氧化物的组成随燃料含

4、氮量不同有差别。对于燃煤，通常燃料型NOX占7085，热力型NOX占1525，其余为少量的快速型NOX。图1-1 不同类类型NOOX生成成量与炉炉膛温度度的关系系1.1.11热力型型：热力型NOOX是高高温下空空气中氮氮气氧化化而成，其其生成机机理是由由原苏联联科学家家捷里道道维奇提提出来的的。温度度对热力力型NOOX的影影响十分分非常明明显，热热力型NNOX又又称为温温度型NNOX。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。控控制热力力型NOOX的关关键在于于降低燃燃烧温

5、度度水平，避避免局部部高温。（1） 产生机理：1） 化学反应及及反应物物、生成成物活化化能的影影响：按泽尔多维维奇机理理，NOO生成可可用如下下一组不不分支连连锁反应应来说明明。 O2OO+O N22+ONO+N N+O22NO+O上述反应是是一个连连锁反应应，决定定NO生成成速度的的是原子子N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成，其其和为5542XX10

6、33J/mmol。分分子氮比比较稳定定，只有有较大的的活化能能才能把把它氧化化成NOO，在反反应中氧氧原子的的作用是是活化链链接的环环节，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。正正因为氧氧原子和和氮分子子反应的的活化能能很大，而而原子氧氧和燃料料中可燃燃成份反反应的活活化能又又很小，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成份燃燃烧速度度慢，主主要

7、生成成区域是是在火焰焰的下游游位置。2） 反应时间的的影响：在锅炉燃烧烧水平下下，NOO生成反反应还没没有达到到化学平平衡，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。当当温度高高于15500时，NNO生成成反应变变得十分分明显，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以上上附近变变化时，温温度每升升高1000，上上述反应应的速度度将增大大6-77倍。可可见温度度具有决决定性影影响。因因此

8、也就就把这种种在高温温下空气气中的氮氮氧化物物称之为为温度型型NOXX。（2） 热力型NOOX的抑抑制：热力型NOOX的产产生源于于空气中中的氮气气在15500 以上上的高温温反应环环境下氧氧化，所所以，控控制热力力型NOOX的主主要从一一下几方方面入手手：1） 降低燃烧反反应是的的温度，避避开其反反应所需需要的高高温环境境；2） 使氧气浓度度处于较较低的水水平；3） 减少空气中中的氮气气浓度；4） 缩短热力型型NOXX生成区区的停留留时间。一般来说，工工业燃烧烧过程中中以空气气为氧化化剂时控控制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减少N2从而减减少热力力型NO

9、OX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。1.1.22快速型型：快速型NOOX主要要是指燃燃料中的的碳氢化化合物在在燃料浓浓度较高高区域燃燃烧时所所产生的的烃与燃燃烧空气气中的NN2分子子发生反反应形成成的CNN、HCCN，继继续氧化化而生成成氮氧化化物。因因此，快快速型氮氮氧化物物主要产产生于碳碳氢化合合物含量量较高、氧氧浓度较较低的

10、富富燃料区区。快速速温度型型NOXX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（CHHi）等等发生撞撞击，生生成中间间产物HHCN和和CN等等，在经经氧化最最后生成成NOXX。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：快速温度型型NOXX的产生生是由于于氧原子子浓度远远超过氧氧分子离离解的平平衡浓度度的缘故故。测定定发现氧氧原子的的浓度比比平衡时时的浓度度高出十十倍，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+O2OH+OO+H2OH+HOH+H22H2O+H 可可见，快

11、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。经实验发现现，随着着燃烧温温度上升升，首先先出现HHCN，在在火焰面面内到达达最高点点，在火火焰面背背后降低低下来。在在HCNN浓度降降低的同同时，NNO生成成量急剧剧上升。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，而而与压力力的0. 5

12、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NOOX的抑抑制原理理快速型NOOX的特特征是温温度依赖赖性低，生生成速度度快。根根据快速速型NOOX的生生成机理理考虑，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。所所以快速速型NOOX的控控制主要要从两个个方面来来入手考考虑: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。1.1.33燃料型型：燃料型NOO

13、X是燃燃料中氮氮化合物物在燃烧烧过程中中热分解解且氧化化而生成成的，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。焦焦炭中氮氮可以通通过异相相反应氧氧化生成成NOXX。其中中由挥发发分燃料料氮转化化而成的的燃料型型NOXX（简称称挥发分分燃料型型NOXX）约占占6080，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）约占占2040。燃料

14、中氮的的化合物物中氮是是以原子子状态与与各种碳碳氢化合合物结合合的，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：燃料燃烧时时，燃料料氮几乎乎全部迅迅速分解解生成

15、中中间产物物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(N) I II+RNO+ II+NOON2燃煤中的氮氮分为挥挥发性氮氮和焦炭炭氮，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: NHH3+02NO+焦炭N+OO2NO+燃煤中的氮氮生成NNOX主主要取决决于煤中中的含氮氮量，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。燃料氮的转转化率

16、主主要受温温度、过过量空气气系数(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。随着氮的转转化率(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温温度区间间内。因因为燃料料NO既可可通过均均相反应应又可通通过多相相反应生生成，燃燃烧温度度很低时时，绝大大部分氮氮留在焦焦炭内；而温度度很高时时，700% -90%的氮以以挥发分分形式析析出。浙浙江大学学研究表表明，8850时，770%的的NO来自自焦炭燃燃烧；111500时，这这一比例例降至550%。由由于多相相反应的的限速机机理，在在高温时时可能向向扩散控控制方向向转变，故

17、故温度超超过9000以以后，燃燃料氮转转化率只只有少量量升高。其主要的生生成阶段段是燃烧烧起始时时候，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。燃燃煤中氮氮元素的的含量一一般约为为0.55%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

18、物是燃料料中的氮氮化合物物经过热热分解和和氧化产产生的，故故称之为为燃料型型NOXX 。而焦炭氮煤煤在通常常的燃烧烧温度下下以产生生燃料型型和热力力型NOOX为主主，对不不含氮的的碳型燃燃料，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NOXX的抑制制：经理论和试试验研究究结果表表

19、明，煤煤粉中氮氮转化成成NOXX的量主主要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。由由以上结结论可以以看出，在在富燃料料条件下下降低炉炉内的过过量空气气系数能能在很大大程度上上抑制燃燃料型NNOX的的生成。同时，燃料料中的含含氮量也也是影响响燃料型型NOXX生成的的一个重重要因素素。研究究发现，含含氮量越越高的燃燃料生成成NOXX的转化化率越低低。但是是由于

20、基基数相对对较大，实实际燃烧烧过程中中高含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。研研究表明明燃料中中的氮是是在较低低温度下下就开始始分解，故故温度对对燃料型型NOXX的生成成影响不不是很大大。综上所述，降降低燃料料型NOOX的主主要因素素是减少少反应环环境中的的氧气浓浓度，使使煤粉在在a11环境中中进行燃燃烧反应应；在扩扩散燃烧烧时候推推迟空气气和燃料料的混合合；在允允许条件件下应当当燃用含含氮量低低的燃煤煤。燃烧过程中中最终生生成的NNO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

21、料全部转转化成NNO的浓浓度】试验研究表表明，影影响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。用挥发分化化学当量量比（SSRV Stooichhiommetrric Rattio of Vollatiile）来来表征挥挥发分燃燃烧过程程中的气气氛。对挥发份析析出时刻刻进行气气氛的有有效控制制，可以以有效抑抑制NOOX的生生成，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影响响NOXX生成量量的因素素1.2.11煤质条条件煤是一种含含有大量量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。煤煤里面的的N原子一一般是以以链状

22、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。然然而煤中中的N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） 煤质氮含量量：常规燃料中中，除天天然气基基本上不不含氮化化物外，其其他燃料料或多或或少地含含有氮化化物，其其中石油油的平均均含氮量量为0.65%左右，煤煤的含氮氮量一般般在0.5%2.55

23、%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） 挥发分含量量我国发电用用煤中NN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(VVdaff )的的增加，收收到基NN含量(NNar)呈逐渐渐降低的的趋势，只只有少数数挥发分分很高的的褐煤稍稍偏离这这一趋势势。锅炉燃用煤

24、煤种主要要是贫煤煤和烟煤煤，但挥挥发分含含量在22030之之间的较较少，因因为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排放放量一般般较低。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1-22、图11-3。图1-2 无烟煤煤挥发份份氮vv与关关系 图1-3 烟烟煤挥发发份氮v与关系国内外大量量的实验验室研究究结果和和实际锅锅炉现场场试验的的经验表表明，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

25、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N

26、NOX随随煤中挥挥发分含含量的增增加而降降低。1.2.22锅炉的的设计参参数和运运行条件件（1） 低NOX 燃烧系系统的影影响通过低NOOX燃烧烧器对煤煤粉的燃燃烧组织织，促进进挥发分分析及挥挥发分氮氮的大量量析出，通通过主燃燃烧区低低过量空空气系数数抑制挥挥发分氮氮向NOO 的转转化，而而炉内深深度空气气分级的的采用则则促进NNOX的的还原，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） 焦氮含量随随温度变变化趋势势，如图图1-44图 1-44（3） 煤粉细粒对对燃料NN转化为为挥发分分

27、N比例的的影响，如如图1-5图 1-55（4） 机组负荷对对氮氧化化物排放放影响机组负荷的的高低直直接影响响了炉膛膛温度的的高低，而而温度对对热力型型和快速速型氮氧氧化物的的影响很很大，从从而对氮氮氧化物物的排放放产生影影响，因因此不同同负荷下下氮氧化化物的排排放也有有不同。如如图1-6，说说明降低低炉膛温温度也是是降低氮氮氧化物物的一个个重要思思路，但但是锅炉炉运行炉炉内温度度不宜过过度的降降低(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 1-66（5） 炉膛氧量对对氮氧化化物排放放影响对神华煤燃燃烧过程程中试验验发现：

28、当SRV值值小于11.1时时，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SRV1.558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1-7图 1-77（6） NO

29、X排放放量与一一次风的的关系传统锅炉设设计一次次风配比比方式，见见表1-1煤种干燥无灰基基挥发分分含量 Vddaf/%一次风率直流燃烧器器旋流燃烧器器SRV无烟煤280.150.222.577.5贫煤8190.150.221.061.8875烟煤203000.250.331.011.255304000.30.300.41.0褐煤405000.350.440.800.8775推荐值SRV11.0表 1-11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氧量量变化对对NOXX排放影影响显著著，在3300MMW工况况下，配配风方式式相同时时，当氧氧量从44%降至至2%时

30、，一一般NOOX的排排放量能能减少11503500mg/m3左右。氧氧量降低低对NOOX排放放的减少少主要原原因是当当氧量减减少时，燃燃料型NNOX的的生成明明显减少少所致。应控制一次次风的SSRV1.00，在煤煤粉着火火之间找找到最佳佳值，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、煤配比比对氮氧氧化物排排放影响响随着氧量的的降低，相相同配风风方式下下NOXX的排放放浓度也也逐渐降降低，NNOX的的排放浓浓度排放放浓度和和配风方方式正塔塔、均等等、束腰腰、倒塔塔依次呈呈降低趋趋势。说说明配风风方式对对NOXX的排放放浓度影影响显著著。1) 正塔配风时时，由于于煤粉燃燃

31、烧所需需的空气气在燃烧烧初期就就已大量量混入主主燃烧区区，主燃燃烧区氧化性气气氛较浓浓，因此此导致燃燃烧区的的NOXX生成得得不到有有效抑制制，尽管管这种燃燃烧方式式下，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) 均等配风方方式与束束腰配风风方式下下，NOOX的排排放特性性接近，相相比均等等配风方方式略比比束腰配风排放放低。两两种配风风方式下下NOXX的生成成量均低低于正塔塔配风方方式，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均低于于正塔配配风方式式，从而而抑制了了

32、燃料型型NOXX的生成成，如图图1-111。图 1-1113) 预期束腰方方式下NNOX的的排放要要低于均均等配风风，但实实际两者者排放特特性相近近，且束束腰方式下的NNOX的的排放要要略高于于均等配配风，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) 采用倒塔配配风或倒倒塔、束束腰的组组合配风风方式对对NOXX生成的的抑制效效果最为为明显，只只有采用这种种配风方方式，才才能比较较有效地地实现燃燃料和空空气分级级，从而而有效地地降低

33、NNOX的的生成量量。5) 尽管采用倒倒塔配风风和倒塔塔束腰的的组合配配风方式式对NOOX的排排放浓度度降低效效果明显显，但必须在一一定条件件下合理理使用正正确的配配风方式式，否则则将对锅锅炉运行行安全和和经济性性均产生生不利影影响。（8） 降低氮氧化化物排放放对锅炉炉效率影影响1) 低氧燃烧方方式对锅锅炉运行行经济性性的影响响采用低氧燃燃烧方式式对锅炉炉经济性性有利，同同时能有有效控制制NOXX的生成成，是大大型烟煤煤锅炉上上可以推推广采用用的运行行方式。2) 配风方式对对锅炉运运行经济济性的影影响研究结果表表明，锅锅炉一、二二次风配配风方式式会对锅锅炉的燃燃烧经济济性产生生较大影影响。与与

34、锅炉正正常运行行的正塔塔、均等等配风方方式相比比，采用用倒塔运运行方式式尽管能能更有效效地降低低锅炉NNOX的的排放，但但采用此此配风方方式会对对锅炉经经济性产产生不利利的影响响。 研研究表明明，在燃燃烧系统统优化改改造的基基础上，采采用低氧氧燃烧方方式和倒倒束腰的的配风方方式均可可有效降降低NOOX的排排放。如如果将两两种方法法适当组组合、联联合应用用，可以以取得降降低NOOX排放放量的良良好效果果。通过过燃烧优优化，使使得在一一定条件件下，同同时实现现节能减减排，提提高锅炉炉效率，降降低NOOX排放放。研究表明，采采用低氧氧燃烧和和配风方方式相结结合的方方式能大大幅度降降低NOOX排放放量

35、。但但是，但但由于现现有燃烧烧器的布布置无法法达到燃燃烧空气气轴向深深度分级级、在燃燃尽风与与主燃烧烧器之间间无法形形成足够够的还原原空间，NNOX的的排放量量仍无法法达到国国家标准准4500mg/m的的要求。说说明目前前传统的的低氮燃燃烧方式式难以达达到我国国现行排排放标准准的要求求。近年来新新建燃煤煤电站锅锅炉均采采用了先先进低NNOX燃燃烧系统统 低NNOX燃燃烧技术术的快速速发展和和应用，显显著影响响锅炉的的运行性性能锅锅炉NOOX排放放特性及及各影响响因素的的影响趋趋势也随随低NOOX燃烧烧技术的的使用而而变化对对采用先先进低NNOX燃燃烧系统统的锅炉炉，主要要是根据据煤的燃燃烧特性

36、性来实现现NOXX 排放放控制，相相应的燃燃煤挥发发分含量量高则NNOX度度一般降降低。在煤煤粉锅炉炉中燃料料NOXX占NOOX 生生成量的的大部分分。燃料料NOXX 的生生成量不不仅取决决于煤中中的含氮氮量，还还取决于于其他煤煤质特性性参数这些参参数主要要通过影影响煤的的热解、燃燃烧特性性而影响响燃料NN的转化化和NOOX的生生成 影影响燃料料NOXX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NOOX 的的生成。图 2-12.低氮燃燃烧技术术 从热力型型对、燃燃料型和和快速型型三种NNOX生生成机理理可以得得出抑

37、制制NOXX生成和和促使破破坏NOOX的途途径，图图2-11中还原原气氛箭箭头所指指即抑制制和促使使NOXX破坏的的途径。2.1 基基本原理理2.1.1. 低过量空气气燃烧：低过量空气气燃烧是是传统常常用的低低氮燃烧烧技术，如如图2-2是使使燃烧过过程尽可可能在接接近理论论空气量量的条件件下进行行，随着着烟气中中过量氧氧的减少少，可以以抑制NNOX的的生成。这这是一种种最简单单 的的降低NNOX排排放的方方法。一一般可降降低NOOX排放放1520%。但如如炉内氧氧浓度过过低（33%以下下），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。

38、因因此在锅锅炉设计计和运行行时，应应选取最最合理的的过量空空气系数数。图 2-22剩系数数对NOOX生成成量的影影响2.1.2. 降低助燃空空气预热热温度燃烧空气由由27预预热到3315，NOO排放量量增加33倍，如如图2-3图 2-33热温度度对天然然气燃烧烧系统NNOX生生成量的的影响3.空气分分级低NNOX燃燃烧技术术原理及及其技术术特征分分析3.1 空气分级燃燃烧的基基本原理理空气分级燃燃烧技术术是美国国在200世纪500年代首首先发展展起来的的，它是是目前使使用最为为普遍的的低NOOX燃烧烧技术之之一。空空气分级级燃烧的的基本原原理为：将燃烧烧所需的的空气量量分成两两级送入入，使第第

39、一级燃燃烧区内内过量空空气系数数在0.8左右，燃燃料先在在缺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NOOX的生生成。同同时，燃燃烧生成成的COO与NOO进行还还原反应应，以及及燃料NN分解成成中间产产物(如如NH、CCN、HHCN和和NH33等)相相互作用用或与NNO还原原分解，抑抑制了燃燃料型NNOX的的生成；在二级级燃烧区区内，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。由由于此区区域温度度已降低低，新生生成的NNOX量量有限，因因此，总总体上NNOX的的排放量量少，最最终空气气分级燃燃烧可使使NOXX生成量量降低3

40、3050。3.2 空气分级燃燃烧的主主要形式式空气分级燃燃烧的实实现有多多种形式式，但主主要有轴轴向和径径向分级级燃烧两两种。轴向分级燃燃烧(OOFA方方式)，如如图3-1：轴向分级燃燃烧方式式即火上上风方式式，是将将燃烧所所需的二二次风分分两部分分进入炉炉膛：一一部分为为主二次次风，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

41、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。整整个过程程减少了了热力型型NOXX的生成成，同时时抑制了了燃料型型NOXX的生成成，降低低了NOOX的总总排放量量，实现现了高效效低NOOX燃烧烧的要求求。图3-1轴轴向空气气分级燃燃烧示意意图图3-2径径向空气气分级燃燃烧示意意图径向分级燃燃烧，如如图3-2：将二次风射射流轴线线向水冷冷壁偏转转一定角角度，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

42、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 轴向空气分分级燃烧烧的影响响因素燃尽风喷口口与燃烧烧器最上上层一次次风喷口口的距离离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。合合适的距距离与炉炉膛结构构、燃料料种类有有关。根根据前苏苏联全苏苏热工研研究所试试验经验验。H由下式式计算：燃尽风份额额：风量量大，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

43、面结焦焦和高温腐蚀蚀。对于于煤粉炉炉，合理理的燃尽尽风占锅锅炉总风风量的11520左右。燃尽风风速速：燃尽尽风要有有足够高高的流速速，以保保证与烟烟气的良良好混合合。燃尽尽风速约约为45550m/ss合适。燃尽风喷口口布置方方式：常常见的是是角置式式OFAA喷口，也也有采用用墙置式式结构，即即OFAA喷口沿炉膛四面面墙布置置。3.4 径向空气分分级燃烧烧的影响响因素主要是二次次风的偏偏转角度度，偏转转角度大大，NOOX排放放量下降降幅度大大，但飞飞灰可燃燃物也会会增多，合合适的偏偏转角度度因煤种种而异。3.5 燃尽风的种种类3.5.1 紧凑型燃尽尽风（CCCOFFA） CCCOFFA（Cloo

44、se-couupleed OOverr Fiiredd Aiir）也也称为强强耦合式式燃尽风风，一般般紧邻最最上层燃燃烧器布布置，由由大风箱箱供风。它它可以减减少富燃燃料区的的反应时时间，增增加贫燃燃料区或或燃尽区区的反应应时间。其其布置结结构如图图3-33所示：图3-3 炉炉内空气气分级结结构示意意图在前些年投投产的3300MMW等级级机组锅锅炉中，几几乎都采采用了CCCOFFA技术术，CCCOFAA风量通通常只占占总风量量的155%左右右，可使使锅炉NNOX排排放量控控制在6650mmg/mm3左右。3.5.2 分离燃尽风风（SOOFA） SSOFAA（Sepparaatedd Ovver

45、 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给给出了国国内部分分电厂深深度分级级燃烧布布置的尺尺寸。国内部分电电厂深度度分级燃燃烧布置置尺寸序名 称称单位外高桥一厂厂3号炉炉黄埔电厂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量个844分离型燃尽尽风5分离型燃尽尽风数量量个/层

46、8 / 2212 / 34 / 116燃尽风喷口口的中心心标高米33.55531.735.5447燃尽风与上上一次风风中心距距米8.127.438.516.978燃尽风喷口口中心与与屏底距距离米12.05512.510.999表 3-11 SSOFAA风喷口口一般设设计为具具有上下下和水平平摆动功功能，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所示示：图3-4 SOFFA喷嘴嘴示意图图当前3000MW和和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%。因因改造锅锅炉燃尽尽风比例例比新设设计锅炉炉相应减减少，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。对对于新增增的SOOFA风风系统，可可从原大大风箱上上新增两两路风管管，接入入SOFFA风箱箱。新增增的SOOFA风风执行机机构为气气动模式式，需由由电厂主主管路上上引出少少量仪表表用压缩缩空气至至各新增增设