摘 要：隨著我國工業(yè)化的深入，環(huán)境問題成為了重中之重，火力發(fā)電廠的煙氣排放中NOx的危害越來越大。本文列舉了影響燃料分級燃燒技術的幾個關鍵的影響因素，并通過origin軟件對該技術進行了優(yōu)化設計。對降低火力發(fā)電廠NOx排放，提高低NOx分級燃燒的經濟性有較大的幫助。

關鍵詞：NOx 分級燃燒 Origin 最優(yōu)化設計

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0101-01

隨著我國工業(yè)的現代化發(fā)展，環(huán)境問題越來越被世界和國家所關注，而在所有的污染中，大氣污染成為關注的重中之重。世界各國相繼實施一系列計劃，旨在解決有關基礎研究和技術開發(fā)等重大問題，而在這其中，NOx的防治問題是燃煤污染的首要問題之一。由于我國環(huán)境污染比較突出，NOx繼SO2之后已成為大氣酸雨污染的主要因素。因此，針對燃煤產生的NOx污染物，利用超細煤粉作為再燃燃料，對鍋爐燃燒采用分級燃燒技術[1]。本文列舉了影響這種技術降低NOx排放的能力的幾個因素，并對此進行了分析。

1 燃料分級燃燒的原理

在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完全燃燒產物CO、H2、C和CnHm時，會發(fā)生NO的還原反應，反應式為：

4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O

2NO+2CnHm+（2n+m/2-1）O2 =N2+2nCO2+mH2O

2NO+2CO=N2+2CO2

2NO+2C=N2+2CO

2NO+2H2=N2+2H2O[2]

利用這一原理，將80%～85%的燃料送入第一級燃燒區(qū)，在α>1條件下，燃燒并生成NOx。送入一級燃燒區(qū)的燃料稱為一次燃料，其余15%～20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)，在α<1的條件下形成很強的還原性氣氛，使得在一級燃燒區(qū)中生成的NOx在二級燃燒區(qū)內被還原成氮分子，二級燃燒區(qū)又稱再燃區(qū)，送入二級燃燒區(qū)的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放濃度進一步降低。從提高爐內再燃燒還原NOx的效果來說，天然氣最好，天然氣中不含燃料氮。二次燃料含有燃料氮將降低還原效率。但在我國，煤是主要的化石燃料，而且我國天然氣資源的利用和含量都不高，所以煤粉作為二次燃料在我國成為主流。

2 燃料分級燃燒技術的優(yōu)化思路

在優(yōu)化燃料分級燃燒技術的設計中，對于優(yōu)化的關鍵來說，其煤粉粒度的變化有著舉足輕重的作用。通過對煤粉粒度與一些數據關系的分析，我們發(fā)現，整個分級燃燒技術的優(yōu)化主要取決于燃料的燃盡率，NOx的還原率以及磨煤的電耗量。因此，燃料燃盡率，NOx還原率，電耗量就是整個優(yōu)化過程的子策略，也稱約束條件。只要通過幾個實驗，得到這幾個約束條件與煤粉粒度之間關系的數據，畫出相應的曲線圖，這幾條曲線稱為關鍵曲線。這些曲線的X軸都是一個共同的因素—— 即煤粉的粒度。根據這些數據和曲線，我們可以通過Origin擬合得出三個方程—— 即燃盡率與再燃燃料粒度，NOx還原率與再燃燃料粒度，磨煤電耗與煤粉粒度。將三個方程表示在同一坐標系下，綜合考慮技術性—— 燃盡率和還原率盡可能大；經濟性—— 磨煤電耗盡可能小，得出使整個技術最優(yōu)化的再燃燃料粒度。以下就是三個約束條件的整理過程：

3 燃料分級燃燒技術的約束條件

3.1 再燃燃料粒度（燃料采用神府煙煤）對NOx還原率的影響

NOx還原率與煤粉粒度遵循以下規(guī)律：煤粉粒度越小，NOx還原率越大。這是因為再燃燃料粒度變小后，煤的比表面積顯著增加，加大了焦炭與NOx的接觸面積，異相還原反應速度提高，使得超細煤粉比常規(guī)粒度的煤粉具有更高的反應活性。

3.2 再燃燃料粒度對磨煤電耗的影響

由試驗數據得到以下曲線（如圖1）。

通過該曲線，我們可以發(fā)現磨煤電耗量與煤粉粒度遵循以下規(guī)律：煤粉粒度越小，磨煤電耗量越大。

3.3 再燃燃料粒度對燃盡率的影響

隨著煤粉粒徑的減小，燃盡率呈上升趨勢。煤粉粒徑越小其孔隙率和比表面積越大，為揮發(fā)分的析出及焦炭的異相反應提供了更多的反應通道和空間，使煤粉燃燒特性得到明顯改善。

4 結論

在origin軟件中，將三條曲線綜合于一個界面內，并取三條曲線的平均值，擬合得出燃料分級燃燒技術的整體的技術性和經濟性相對于再燃燃料粒度的一條曲線。（如圖2）

由圖2可以看出，曲線在煤粉粒度為8.5時達到峰值，即取得最大值，由此我們可以得出，在煤種為神府煙煤的情況下，煤粉粒度為8.5 μm為經濟性和技術性的最優(yōu)化結果。

參考文獻

[1] 莊永茂，施惠幫.燃燒與污染控制[M].上海：同濟大學出版社，1998.

[2] 劉忠，趙莉，胡滿銀，等.超細煤粉的細度對再燃還原[M].華北電力大學，2005.