脫硝技术研究成果.docx

2 NOX生成机理 NOX生成方式主要有3种：热力型NOX、燃料型NOX、快速型NOX。上述3种氮氧化物的组成随燃料含氮量不同有差别。对于燃煤，通常燃料型NOX占70％～85％，热力型NOX占15％～25％，其余为少量的快速型NOX。 热力型NOX是高温下空气中氮气氧化而成，其生成机理是由原苏联科学家捷里道维奇提出来的。温度对热力型NOX的影响十分非常明显，热力型NOX又称为温度型NOX。当燃烧温度低于1800K时，热力NOX生成极少；当温度高于1800K时，反应逐渐明显，且随温度的升高，NOX生成量急剧升高。控制热力型NOX的关键在于降低燃烧温度水平，避免局部高温。 燃料型NOX是燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解且氧化而生成的，是燃煤电厂锅炉产生氮氧化物的主要途径，其生成量主要与氧浓度（化学当量比）有关。燃料型NOX包括挥发分中均相生成的NOX和由残焦中异相生成的NOX两部分。挥发分中的氮主要以HCN和NHi的形式析出，随后氧化生成NOX。焦炭中氮可以通过异相反应氧化生成NOX。其中由挥发分燃料氮转化而成的燃料型NOX（简称挥发分燃料型NOX）约占60％～80％，由焦炭燃料氮转化而成的NOX（简称焦炭燃料型NOX）约占20％～40％。控制燃料型NOX的形成主要是降低氧浓度，增强还原性气氛，延长燃料氮在还原性气氛中的停留时间，从而降低燃料氮向燃料型NOX的转换率。 快速型NOX主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反应形成的CN、HCN，继续氧化而生成氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区。3 当前低NOX燃烧技术分析 低NOX燃烧技术即炉内控制技术，主要通过减少炉膛内的氧量、推迟一次风和二次风的混合时间、降低炉膛温度等措施减少NOX的生成。3.1 低NOX燃烧器技术原理及型式3.1.1 低NOX燃烧器的原理 低NOX燃烧器(Low NOX Burner，LNB)是通过设计特殊结构的燃烧器，通过改变燃烧器的风煤比例，以达到在燃烧器着火区的空气分级、燃烧分级和烟气再循环法的目的。该技术的使用可以在保证煤粉着火燃烧的同时，有效地抑制NOX的生成。世界各国的大锅炉公司分别发展了各种类型的低NOX燃烧器，NOX降低率一般在30%～60%之间。3.1.2 低NOX燃烧器的形式 电站锅炉常用的煤粉燃烧器主要有直流型和旋流型两种。目前，我国电站锅炉中主要采用直流型燃烧器，采用旋流型燃烧器的锅炉只占总容量的20％。 直流煤粉燃烧器(1) PM型低NOX燃烧器 最早出现的低NOX直流型煤粉燃烧器是三菱重工的PM型燃烧器(Pollution Minimum Burner)，主要由多组一次风煤粉喷口和二次风喷口组成，其结构如图3.1所示。煤粉在一次风道中先经过一个弯头进行惯性分离，密度大的煤粉由于惯性大，多数进入上面的富燃料喷口，其余的随空气进入下面的贫燃料喷口。富燃料燃烧时，处于还原性气氛，有利于抑制燃料型NOX的生成；贫燃料燃烧时，由于空气过多使得火焰温度降低，有利于抑制热力型NOX的生成。图3.1 PM型低NOX燃烧器 PM型低NOX燃烧器的主要特点是将炉膛的分级燃烧和燃烧器的分级燃烧结合在一起。在这种燃烧器中，送入主燃烧器的一、二次风占总风量的80％左右。此外，由于采用分隔风箱，燃烧喷口的宽度较大，增加了出口处气流的刚性。PM型燃烧器适用于燃烧可燃基挥发分Vr24％的烟煤，具有明显的低负荷稳燃性能，能在40％负荷下不投油稳定燃烧，该技术已经成功地应用黄台电厂上。(2) WR型低NOX燃烧器 WR型燃烧器(Wide Range Burner，宽调节比燃烧器)主要由喷嘴和喷嘴体两部分组成，如图3.2所示。WR型燃烧器也是利用弯头的惯性分离作用，形成浓煤粉和淡煤粉，与弯头相接的管道中安装了浓、淡煤粉的分离挡板，使这两股气流从各自的管道通过。这种燃烧器的喷口内安装有波形钝体，可增强煤粉与气流的搅拌并在燃烧器的出口处形成一个有利于着火的稳定回流区，从而提高火焰的稳定负荷范围。图3.2 WR型低NOX燃烧器 WR型燃烧器在垂直方向形成浓淡燃烧，其降低NOX排放的原理与PM燃烧器相似。WR型燃烧器与PM型燃烧器的不同之处在于：PM型燃烧器有两个喷嘴，而WR型燃烧器将浓、淡相集中在一个喷口内。因此，WR型燃烧器的上、下一次风中心距可以做得较小，这样既有利于降低整体的火焰高度、减少NOX的排放，又降低了锅炉的造价、满足了燃用劣质煤的要求。这种燃烧器已在多家电厂成功应用。例如，汉川电厂采用这种燃烧器取得了较好的低负荷稳燃和低NOX排放效果。(3) 水平浓淡式燃烧器 在浓淡燃烧技术的基础上，哈尔滨工业大学经过多年的努力，提出“风包粉”煤粉燃烧的思想，开发出水平浓淡风