摘 要 本文對(duì)電站鍋爐中常用的低NOX燃燒器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、降低NOX排放的原理以及應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。通過(guò)對(duì)我國(guó)燃煤電站鍋爐NOX生成機(jī)理及影響因素的研究，提出了相應(yīng)燃燒或煙氣凈化等綜合治理措施，達(dá)到降低NOX排放的目的。

關(guān)鍵詞 低NOX燃燒方式；NOX排放；電站鍋爐

中圖分類號(hào) TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）112-0200-01

1 燃煤電站鍋爐低NOX燃燒技術(shù)

對(duì)燃煤電站鍋爐，只要降低燃料型NOX的生成，就可控制總的NOX排放水平。采用低過(guò)量空氣系數(shù)使?fàn)t內(nèi)呈低氧燃燒狀態(tài)，在煤粉燃燒過(guò)程中建立過(guò)量空氣系數(shù)小于1的富燃料區(qū)，使燃料氮在其中盡可能多地轉(zhuǎn)化成揮發(fā)份N，并在還原性氣氛下促使燃料氮轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥目諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)，及利用再燃燃料噴入爐膛的某一部位以還原已生成NOX的燃料分級(jí)技術(shù)，都可降低燃煤電站鍋爐NOX的排放量。其原理如圖1、圖2所示。

圖1 空氣分級(jí)原理圖 圖2 燃料分級(jí)原理圖

電站鍋爐是用能大戶，也是污染大戶，燃煤電站鍋爐的NOX排放濃度普遍超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此，降低電站鍋爐的NOX排放對(duì)于保護(hù)環(huán)境是非常重要的。

2 低NOX燃燒技術(shù)在我國(guó)燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用

我國(guó)燃煤電廠在氮氧化物排放控制方面起步相對(duì)較晚，國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)于1997年1月才對(duì)新建大型燃煤電廠NOX排放提出限值要求。國(guó)內(nèi)目前的低NOX燃燒技術(shù)主要有低過(guò)量空氣系數(shù)、空氣分級(jí)燃燒、煤粉濃淡燃燒技術(shù)及三次風(fēng)細(xì)粉再燃技術(shù)。在燃用煙煤、褐煤的300 MW機(jī)組在采用降低NOX措施后，其NOX排放量為460 mg/Nm3～800 mg/Nm，基本上可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中吳涇電廠11號(hào)600 MW機(jī)組四角同心反切燃燒鍋爐，由于在設(shè)計(jì)中采用了諸如低氧燃燒、空氣分級(jí)燃燒和低NOX燃燒器技術(shù)，NOX排放量之低，已達(dá)到國(guó)際排放先進(jìn)水平。但燃用低揮發(fā)份無(wú)煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時(shí)還遠(yuǎn)不能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，燃用貧煤鍋爐的NOX排放量為750 mg/Nm3～1000 mg/Nm3。

2.1 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)在燃煤電站鍋爐的應(yīng)用

空氣分級(jí)燃燒是目前使用最為普遍的低NOX燃燒技術(shù)。我國(guó)自20世紀(jì)80年代引進(jìn)美國(guó)CE公司技術(shù)的生產(chǎn)300MW、600MW機(jī)組鍋爐以來(lái)，均利用CE公司研制出的頂部帶有燃盡風(fēng)（OFA）噴嘴的低NOX燃燒技術(shù)（包括緊湊和分離強(qiáng)化型布置），通過(guò)調(diào)整整組燃燒器頂部加裝的燃盡風(fēng)噴嘴，使主燃燒區(qū)二次風(fēng)流量減小，使煤粉氣流在爐內(nèi)垂直方向形成空氣分級(jí)燃燒，從而減少NOX排放和降低飛灰損失。

此外，部分四角切圓燃燒鍋爐采用一、二次風(fēng)不同切角布置技術(shù)（包括一次風(fēng)反吹系流、二次風(fēng)采用較大切角布置等）使二次風(fēng)偏離燃燒器噴口處的煤粉氣流，延緩了一次風(fēng)煤粉氣流與輔助風(fēng)的前期混合，爐內(nèi)水平方向也形成空氣分級(jí)燃燒，從而有效地降低了NOX排放。

2.2 低NOX燃燒器在燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用

大多數(shù)低NOX燃燒器是根據(jù)分級(jí)燃燒技術(shù)降低NOX排放的原理設(shè)計(jì)的。國(guó)內(nèi)外的大量研究表明，煤粉氣流的濃淡燃燒不僅可以提高其著火和燃燒穩(wěn)定性，在保證較高燃燒效率的前提下，還可以降低NOX排放量。濃煤粉氣流是富燃料燃燒，由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)份析出速度加快，使已生成的NOX與HCN、NHi反應(yīng)生成氮?dú)?，降低NOX排放。

由于一次風(fēng)管中的煤粉濃度受到氣力輸送的影響而不可能有很大改變，濃淡燃燒器采用濃縮裝置將一次風(fēng)煤粉氣流分成濃淡兩股應(yīng)用于鍋爐設(shè)計(jì)和改造中，如FW公司的旋風(fēng)分離式燃燒器、CE公司的WR燃燒器以及三菱公司的PM燃燒器，及浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)先后開發(fā)的煤粉濃淡燃燒器（采用楔塊、彎頭、扭曲板和百葉窗分離等方法）。

繼三菱公司PM型低NOX燃燒器利用垂直轉(zhuǎn)水平彎頭將一次風(fēng)分為上、下濃淡2股來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)燃和低NOX燃燒后，我國(guó)自主開發(fā)的濃淡低NOX燃燒器不僅可以實(shí)現(xiàn)上下濃淡燃燒，還可以實(shí)現(xiàn)水平濃淡燃燒，在降低NOX排放的同時(shí)，還有效地解決爐內(nèi)水冷壁結(jié)渣、高溫腐蝕等運(yùn)行問(wèn)題。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“風(fēng)包粉”系列濃淡煤粉燃燒技術(shù)已應(yīng)用于全國(guó)若干臺(tái)煙煤、貧煤和無(wú)煙煤的電站鍋爐上，并被國(guó)內(nèi)多家鍋爐設(shè)計(jì)制造單位在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)或技術(shù)改造中所采用。

2.3 低氧燃燒技術(shù)在燃煤電站鍋爐的應(yīng)用

在燃用揮發(fā)份高，燃盡性能好的煙煤和褐煤鍋爐中，爐膛內(nèi)可以采用低氧燃燒（氧量小于3%）來(lái)減少NOX的生成。如吳涇電廠11號(hào)600MW機(jī)組鍋爐燃用優(yōu)質(zhì)神木煙煤，煤粉氣流易于著火和燃盡，運(yùn)行中爐內(nèi)維持較低過(guò)量空氣系數(shù)，爐膛出口氧量小于3%。有些四角切向燃燒的鍋爐，為防止?fàn)t內(nèi)水冷壁結(jié)渣，燃燒器分為上下2組布置，并使上面1組燃燒器的最下排一次風(fēng)噴嘴與下面1組燃燒器最上排一次風(fēng)噴口之間保持較大的間距，使主燃燒器區(qū)為低氧燃燒而降低NOX的生成量。吳涇電廠11號(hào)600 MW機(jī)組鍋爐的煤粉燃燒器就分上下2組布置，其中上面3層噴嘴間距為2000 mm，下面3層噴嘴間距為1650 mm。

3 本章小結(jié)

鑒于目前國(guó)內(nèi)燃煤電站鍋爐采用諸如低過(guò)量空氣系數(shù)、空氣分級(jí)燃燒、煤粉濃淡燃燒及三次風(fēng)細(xì)粉再燃等低NOX燃燒技術(shù)后，燃用煙煤、褐煤的機(jī)組NOX排放基本上可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，有的甚至達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，而燃用低揮發(fā)份無(wú)煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時(shí)還遠(yuǎn)不能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的事實(shí)，應(yīng)對(duì)以上煤種采用空氣分級(jí)燃燒時(shí)揮發(fā)份N和焦炭氮比例、主燃區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù)、燃盡風(fēng)的補(bǔ)入位置等對(duì)降低NOX排放的影響繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)研究以指導(dǎo)實(shí)際鍋爐上空氣分級(jí)燃燒的實(shí)施。同時(shí)，在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，在條件具備的前提下盡量利用天然氣、其它烴類氣體或超細(xì)煤粉的再燃技術(shù)來(lái)降低電站鍋爐NOX的排放水平以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]畢玉.低氮氧化物燃燒技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r[J].熱力發(fā)電，2000，2：1-9.

[2]范從振.鍋爐原理[M].北京：水利電力出版社，1995.

[3]沙亞紅.單元機(jī)組低NOX排放研究.中國(guó)期刊網(wǎng)，2007，10.

[4]閻維平.潔凈煤燃燒技術(shù).中國(guó)電力出版社，2004，11.

[5]唐志國(guó)，朱全利，唐必光等.空氣分級(jí)燃燒降低NOX排放的實(shí)驗(yàn)研究[J].電站系統(tǒng)工程，2003，9.

作者簡(jiǎn)介

何云龍（1987—），男，本科，助理講師，電氣工程。

王琳（1986—），女，本科，助理講師，能源工程。