分级燃烧降低煤粉炉nox排放的化学机理及影响因素

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1、煤燃烧对中国生态环境造成了严重的破坏，所释放的SO2、CO2、NOx和粉尘量分别占到其总排放量的87%、71%、67%和60%。燃煤产生的环境污染严重制约了中国能源工业乃至整个国民经济的更加快速发展。在这之中，电厂排出的氮氧化物（NOx）对人类及整个生态环境造成了严重的危害。为此，国家环保总局于1996年3月7日颁布了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-96），明确规定了1997年1月1日起新、扩、改建300 MW及以上火电机组中固态排渣煤粉炉NOx排放量不得超过650 mg/Nm3［1］。　　降低燃煤锅炉NOx排放的燃烧技术包括采用低NOx燃烧器、炉内低过量空气系数

2、运行、组织沿炉膛高度和水平方向的空气分级、燃料分级燃烧，及尾部烟气再循环等技术。根据西安热工研究院对中国21个电厂的51台锅炉NOx排放量的调查［2］，采用空气分级燃烧等传统成熟技术后，锅炉燃用烟煤、褐煤时基本可以达到国家排放标准，但燃用低挥发分的无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远不能达到国家排放标准，因此针对降低燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤电站锅炉NOx排放的各类燃烧技术的深入研究就具有重要的现实意义。　　燃料分级燃烧作为降低燃煤锅炉NOx排放的最为有效的炉内措施之一，在国外已经在电站 锅炉中成功应用。如日本的Nakoso电厂采用燃料分级燃烧后，NOx排放量降为120 mg/Nm 3

3、；在美国的示范工程也取得了令人满意的结果，NOx的还原率为58％～77％。　　主要探讨燃料分级燃烧降低NOx的化学反应机理，并对影响燃料分级燃烧降低NOx排放的 各因素进行初步对比分析，以有利于进一步利用燃料分级燃烧降低中国燃煤锅炉的NOx排放水平，使大气质量得到改善。 1燃料分级燃烧对降低NOx的化学反应机理1.1燃料分级燃烧降低NOx的基本原理　　NOx在遇到烃根CHi、未完全燃烧产物CO、C和未完全燃烧中间产物HCN基团、NHi基团时， 会被还原为N2。这就是燃料分级燃烧降低NOx的基本原理。据此，将整个炉膛分为三个区：主燃区，再燃区与燃尽区。将占入炉总热量80％～8

4、5％的燃料送入α＞1的主燃区，使燃料中的氮尽可能的转化为NOx。其余占入炉总热量15％～20％的燃料送入主燃区上部的再燃区，在α＜1的条件下形成还原性气氛，使得在主燃区中生成的NOx在再燃区中被还原成氮分子，同时抑制新的NOx的生成，使NOx的排放浓度进一步降低。借助在再燃区上方布置的“火上风” 喷口形成的燃尽区，使在再燃区的未完全燃烧产物得以燃尽。1.2燃料分级燃烧降低NOx的化学反应机理　　国内外众多学者经过多年的研究，对基元反应的认识取得了较大的进展，但是总的来说至今仍没有达成相对统一的观点［3］。　　大部分学者认为，对于不同的再燃燃料，在还原性气氛下生成的烃根CHi、焦

5、炭和未完全燃 烧中间产物HCN基团，以下两个主要反应控制着燃料分级燃烧降低NOx排放的水平：　　C，CH，CH2＋ＮＯ→HCN＋…(1)　　HCN＋O，OH→N2＋…(2)　　Thorne基于对一组163步基元反应机理的敏感性分析指出，敏感系数最大的两个反应为：　　H＋O2→OH＋O(3)　　C，CH，CH2＋NO→HCN＋…(4)　　并指出CH2对还原NO的反应不是很重要。Chen和Ma的研究结果表明CH2与CH对NO的还原作用一样重要。　　Wendt则强调燃料分级降低NOx排放机理中，HCN是一种十分重要的中间产物，并认为在富燃料情况下有以下反应：　　CHi＋NO→HCN＋

6、…(5)　　然后HCN通过如下的反应还原为N2：　　HCN＋Ｏ→NCO＋H(6)forthequalityofreviewsandreview.Article26threview(a)theCCRAcompliance,whethercopiesofchecks;(B)whetherdoubleinvestigation;(C)submissionofprogramcompliance,investigationorexaminationofwhetherviewsareclear;(D)theborrower,guarantorloans　　NCO＋H→NH＋CO(7)　　

7、NH＋H→N＋H2(8)　　N＋NO→N2＋O(9)　　在贫燃料情况下，烃根通过下式氧化为CO：　　CHi＋O→CO＋H＋…(10)　　并进一步指出反应（5）和（10）具有相互竞争性。　　Wendt同时还认为部分再燃燃料在还原性气氛下的中间产物氨基也是还原主燃区内已生成NOx的一个重要途径：　　NO＋NHi→N2＋…(11)　　由此，再燃燃料在还原性气氛下对主燃区煤粉燃烧生成的氮氧化物的还原反应中，再燃燃料 中产生的中间产物氰基、氨基和烃根等起到分解氮氧化物的作用。同一再燃燃料中烃类物