图3—5某300MW锅炉同轴燃烧系统一、二次风喷口布置示意图
浓淡煤粉燃烧技术
• • • • • 一次风煤粉气流分成两股不同煤粉浓度气流 一部分燃料富燃料燃烧 一部分燃料富空气燃烧 直流燃烧器：水平浓淡燃烧、垂直浓淡燃烧 旋流燃烧器：径向浓淡燃烧
水平浓淡燃烧
• 浓相煤粉气流喷入向火侧，稀相气流喷入 背火侧 • 双重降低NOX：
低NOX燃烧器 调节风口 上部燃尽风 再燃喷口
前墙
后墙
图3—13 采用炉内再燃技术的喷口布置示意图
mg/m3 1600
无控制措施或简单措施
1400
1200 1000 先进的低NOX燃烧器 800 低NOX燃烧器 分级配风
600
400 200 0
再燃技术
1990年
1995年
0年
图3—14 各种低NOX燃烧技术的炉内NOX水平（烟煤）
3、部分燃烧器运行方式
– 燃烧器区域实现富燃料燃烧， –上层送入的空气形成分级燃烧， –减少热力NOX和燃料型NOX的生成量。
（二）燃烧空气分级技术
1、空气分级技术分为
–燃烧器上的空气分级 –炉内空气分级
2、技术特点 • 最广泛、技术成熟的主流低NOX燃烧技术， 我国300MW以上锅炉均采用，效果良好 • 燃烧器设计中单独采用（低NOX燃烧器） • 整体炉膛配风（低NOX炉膛）
2、炉内燃料分级再燃与还原NOX的过程
• 将燃烧所需燃料的80%左右经主燃烧器送入燃烧器 区域 • 其余20%左右的燃料作为还原燃料送入炉膛上部区 域 • 上部再送入相应的空气作为燃尽风 • 三个区域： • 主燃烧区、再燃还原区和燃尽区 3、还原燃料 • 主要是气体燃料（天然气等） • 煤粉作为再燃燃料（同种或异种、超细）
–燃烧器出口组织浓淡燃烧，降低NOX –浓相气流形成内侧切圆富燃料燃烧，还原气氛， 降NOX排放量
• 改善着火条件，燃烧稳定，降低飞灰可燃 物含量，可维持水冷壁附近的氧化性气氛
浓相一次风
稀相一次风
图3—6 一次风水平浓淡燃烧示意图
垂直浓淡燃烧
• 垂直方向上形成浓淡燃烧 • 降低NOX生成 • 在燃烧器出口处设置不同形式的钝体结构， 形成稳定的回流区 • 回流区烟气使初始段浓淡气流分隔开 • 煤粉火焰在较宽负荷变化内维持稳定
内层二次风旋流器
点火用油燃烧器
一次风煤粉气流 外层二次风调节器 图3—9 双调风旋流式煤粉燃烧器的典型结构
（3）沿炉膛高度的空气分级
• 炉膛下部燃烧区欠氧燃烧，直流与旋流均可用 • 80%理论空气量从炉膛下部燃烧器送入 –送风量小于燃料完全燃烧空气量，富燃料燃烧 –空气不足，使燃料型NOX降低 –燃烧器区火焰峰值温度较低，局部氧浓度较低， 热力型NOX减少 • 20%空气燃尽风OFA（顶部风）送入，燃料燃尽 • 燃尽风可与主燃烧器一体布置，或与主燃烧器相 隔一定距离独立设置
一次风
二次风 （ a）
一次风 （ b）
二次风
图3—4 同轴燃烧系统一、二次风射流方向示意图 （a）一二次风同向；（b）一二次风反向
顶部风（OFA） 消旋二次风
一次风 反切二次风
一次风 反切二次风 一次风 反切二次风 一次风 反切二次风 一次风 直吹二次风 直吹二次 风 一次风 消旋二次 风 一次风 反切二次 （ b） 风
第四节 常规火电厂氮氧化物排放控制技术改造存在 的问题与对策 • 组织低NOX燃烧的大部分技术措施均有饽于传统的 强化燃烧的概念 • 采用低NOX燃烧技术设计新的煤粉锅炉，或者在实 施控制NOX技术改造时会遇到问题： 1)牺牲燃烧效率（飞灰可燃物增加） 2)金属腐蚀 3)着火稳定性下降，低负荷燃烧稳定性下降 4)出口烟温偏高
燃料型NOx转化率的影响因素 ①煤质因素： · 燃料中氮的含量； · 固态碳与挥发分的含量之比； · 煤的挥发分。 ②燃烧设备运行参数因素： · 过量空气系数； · 温度的影响。
3、快速型NOX
–燃料产生CH原子团撞击N2分子，生成CN类化合 物，进一步氧化成NO –对温度的依赖程度很弱 –生成量要少得多 –燃用不含氮的碳氢燃料时考虑
• 与空气不分级燃烧相比，减少20%~30%NOX
4、实施空气分级技术的主要影响
• 飞灰可燃物有可能增加，燃烧效率降低 • 燃烧器区富燃料造成的还原气氛有加剧水冷壁结 渣和金属高温腐蚀的可能 • 火焰变长可能使炉膛出口烟温升高，对过热汽温 和再热汽温特性带来影响
* 过量空气系数存在最佳值（小于1） * 挥发份高的煤降低NOX的效果比挥发份低的煤更明 显
0[反应物 1]m[反应物2]n exp Q RT
2、燃料型NOX
– 燃料中氮化合物在燃烧中热分解氧化生成， 同时存在NO的还原反应 – 煤燃烧产生NOX总量中70%~80%来自燃料型 – 与煤特性、煤中氮化合物存在的形态有关,两 种形态：挥发性氮、焦炭氮 – 与燃料中氮热解时在挥发份和焦炭中分配比 例和各自的成分有关 – 与氧浓度密切相关，燃烧温度有一定的影响
1、低过量空气系数运行
• • • • • 最简单、最基本技术措施，不需改造燃烧设备 有效降低燃料型NOX 燃烧过程的优化调整与燃烧器的优化运行 锅炉排烟损失相应减低 安全经济问题：受热面结渣、金属腐蚀、炉内 传热、汽温特性变化及飞灰可燃物增加
2、降低燃烧器区域的火焰峰值温度
（1）燃烧器区域的烟气再循环 –低温烟气（总烟气量10%）送入炉膛燃烧器区 域，降低火焰峰值温度，热力型NOX减少 –烟气稀释了燃烧氧气，降低局部氧浓度，燃料 型NOX降低 （2）降低预热空气温度（对燃气）
NOX
第二次生成的NOX 上部二次风SOFA 与主燃烧器一体的OFA 主燃烧器
NOX
NOX
NOX被还原
图3—10 燃烧器分级配风的喷口布置示意和NOX的还原过程
（三）利用再燃燃料还原NOX
1、基本原理 • 根据NOX的还原机理，利用某种合适的燃料 作为NOX的还原剂，喷入炉膛内的合适位置， 可还原一部分NOX • 作为锅炉的一部分燃料在炉内燃烧放热 • 减排NOX的效果明显 • 我国近期在大型电站锅炉示范推广
二、控制氮氧化物排放的技术
（1）低氮氧化物燃烧技术
煤粉炉的特点（低NOx燃烧改进技术的意义）： ·成熟性 ·经济性 ·可靠性 低NOx燃烧的特点：·初投资较低 ·运行费用低 ·排放幅度有一定限制
（2）脱除氮氧化物的烟气控制技术 ·初投资大 ·运行费用高
第二节 NOx的生成机理和降低NOx 的理论依据
燃尽风 再燃燃料
燃尽区 还原区
N2，NO
NON2
主燃烧器
主燃烧区
NO，CO2，H2O， O2，SO2，灰 NOX浓度
图3—11 再燃与还原NOX技术的示意
一次燃料
主燃烧区
一次风
80%入炉燃料
100%NOX
二次燃料
再燃还原区
20%入炉燃料
燃尽区
燃尽风
40%NOX 图3—12 炉膛内燃料分级燃烧过程
（二）NOX的类型
1. 热力型NOX（温度型NOX ）
– 高温下，燃烧空气中的氮氧化生成
O2 M 2O M O N 2 NO N N O2 NO O2 N OH NO H
– 温度对NOX生成速率的影响呈指数函数关系， 1600℃时，NOX占炉内生成量25%~30% – 生成速率与氧浓度的平方根成正比
一、影响氮氧化物的因素
煤中氮化合物和空气中氮气与燃烧空气中的氧气在高温燃烧 过程中生成
1. 2. 3. 4. 5.
锅炉的容量和结构 锅炉的燃烧设备 燃烧的煤种 炉内温度水平和氧浓度分布 锅炉的运行方式等
3000
液态排渣炉 低挥发份煤
NOX ，mg/m3
2000
1000
高挥发份煤 固态排渣炉
0 0 1 2 3 4 5
2、抑制燃料型NOx的基本策略:
（1）抑制NOx的生成（同上） （2）创造利于NOx还原的条件（富燃料）
3、利用再燃燃料还原NOx
第三节 燃煤粉电站锅炉降低NOX的燃烧技术措施
• 改进锅炉燃烧运行参数 • 燃烧空气分级技术 • 组织炉内燃料分级再燃还原NOX
（一）改进锅炉燃烧运行参数
• 对锅炉燃烧装置的运行方式和运行参数合 理的调整和改进 • 应用于现有的锅炉设备、简单易行 • 降低NOX的幅度比较有限
3、基本原理
• 锅炉总体过量空气系数较低 • 主燃烧区域局部缺氧燃烧环境，抑制NOX生成和有 利于NOX还原
–燃烧速度和温度降低，热力型NOX减少，含氮中间产物 HCN和NH3将部分NO还原成N2，抑制燃料型NOX
• 主燃烧区后富氧燃烧区，确保燃料燃尽
–残留的氮富氧下氧化成NOX，但火焰温度较低，NOX生 成量有限
5、燃烧器上的空气分级 ——各种类型的低NOX煤粉燃烧器已有十数种
（1）直流燃烧器—四角布置切圆燃烧
火焰充满好，火焰峰值温度较低，NOX排放少
同轴燃烧技术（CFS）或径向空气分级燃烧:
*二次风向外偏转一个角度，形成一个与一次风同轴但直径较大的切 圆 *二次风向外偏转后，在喷口出口处推迟二次风与一次风的混合，一次风 切圆形成缺氧燃烧的火球 *偏转二次风切圆与一次风切圆旋转方向相同 *偏转二次风切圆与一次风切圆旋转方向相反 *偏转角大，NOX减排大，但飞灰可燃物增加，25度
常规燃煤粉火电厂 低氮氧化物燃烧技术
第一节 概述
一、氮氧化物排放的现状
表 3—1 燃煤火力发电厂 NOX 的排放浓度范围 燃烧系统 NOX 排放值(mg/m3) 600~1200 固态排渣炉 600~1000 直流燃烧器 850~1200 旋流燃烧器 950~1800 液态排渣炉 900~1300 直流燃烧器 1300~2000 旋流燃烧器 500~680 褐煤炉 200~700 流化床锅炉 300~800 炉排炉