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1、山东电力技术 1999年第1期(总第105期)·试验研究·分级配风低NOx煤粉燃烧的基本原理及实现PrincipleAndImplementofAirStagingLow-NOxCombustionofPulverizedcoal(250021)山东电力科学研究院 刘福国摘 要 阐述了空气分级配风低NOx燃烧的基本原理以及在电站锅炉燃烧系统中的应用,并对几种低NOx系统的运行效果和存在的问题进行了评述。关键词 煤粉燃烧 低NOx排放 空气分级80年代以前,低NOx燃烧技术在我国1 概述电站锅炉中应用较少,图1给出了在这种状电站燃煤锅炉是氮
2、氧化物主要排放源之态下,不同燃烧方式和容量的锅炉NOx的排一。随着我国电力工业的发展,到本世纪末,放水平;随着一批先进的大容量机组的引进电站锅炉排入大气中的氮氧化物将会超过以及国内的消化吸收,低NOx燃烧开始应用500万t,对环境的影响将更加严重。因此,控于我国的电站锅炉,山东省内较为典型的是制煤燃烧过程氮氧化物的生成,降低其排放黄台电厂日本三菱公司PM燃烧器,石横电量,成为迫切的课题。厂CE型锅炉带“火上风”的低NOx燃烧器,以及邹县电厂FW公司的CFöSF低NOx旋流燃烧器。2NOx的生成机理2.1NOx的生成煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)
3、,这二者统称NOx,此外还有少量的氧化二氮(N2O)产生。在目前的燃烧方式和燃烧温度下,煤燃烧生成的氮氧化物中,NO占90%以上,NO2占5%～10%,而N2O占1%左右,因此NOx的排放量主要由NO决定,燃烧生成NO的途径有三个:(1)热力型NO(ThermalNO)。由空气中的氮气在高温下氧化生成,它强烈地依赖火焰温度和氧气浓度,当温度低于1350℃时,几乎没有热力型NO的生成,只有当温度超过1600℃且富氧燃烧时,如液态排渣煤粉炉中,热力型NO才可能占到20%～图1 目前燃煤锅炉NOx的排放水平30%。1©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDis
4、cCo.,Ltd.Allrightsreserved.山东电力技术 1999年第1期(总第105期)(2)快速型NO(PromptNO)。它是燃烧要控制煤燃烧过程NOx的排放,主要是时空气中的氮气和燃料中的碳氢离子团如控制燃料型NO的生成,由燃料型NO的生CH等反应生成,它受温度影响较小,常在富成机理可知,按以下原则组织燃烧有利于燃料的碳氢火焰中生成,多发生于内燃机的NOx排放的极小化。燃烧过程,对于煤燃烧设备,快速型NO只占(1)在挥发分析出和燃烧的初期,促使煤到NOx生成量的5%以下。粉气流与热烟气尽可能快地混合,提高煤粉(3)燃料型
5、NO(FuelNO)。由燃料中的细度,这样可以提高热解温度和加热速度,使氮化合物热解后又接着氧化而生成,煤燃烧更多的母氮在这个阶段得到释放。过程由挥发分燃烧和焦炭燃烧两个阶段组(2)在挥发分燃烧阶段,减小局部过量空成,氮化合物中的氮在这两个阶段中析出的气系数,创造局部的缺氧环境,使释放出的母比例随着燃烧条件的不同而变化。当煤的挥氮尽可能多地通过NO的还原反应生成N2,发分增大,热解温度和加热速度提高时,煤中这时虽然燃料中的母氮析出较多,但由于还的母氮在挥发分燃烧阶段释放出的比例增原性气氛的存在,NO的生成量却大大减少。加。在这一阶段,母氮以HCN和NH3形式释(3)约在800～10
6、00℃,挥发分的燃烧放后,氧化成NO,生成的NO在缺氧的环境结束,焦炭开始燃烧后,火焰温度将逐渐达到中会还原出N2;挥发分析出后,残留在焦炭最大,继续保持局部的缺氧环境,有利于NO中的母氮也会在焦炭燃烧阶段通过异相反应被还原,同时,在缺氧的条件下,即使火焰温生成NO,同时焦炭表面炭的还原作用还会度达到1600℃,形成的热力型NO也很少。将部分NO变成N2。在常规的煤燃烧设备的(4)燃料在还原区作充分的停留后,进入燃烧温度1200～1350℃的条件下,70%～下一区段,在该区段内送入完全燃烧所需的90%的母氮在挥发分燃烧阶段析出,富氧燃剩余空气。烧时,57%～61%的燃料型NO来自挥
7、发分这就是空气分级(airstaging)燃烧的基燃烧阶段。燃料型NO生成与还原见图2。本原理。分级燃烧降低NOx的效果取决于三个参数:还原区域内局部过量空气系数A、停留时间S和温度水平T。A越小,分级程度越大;S越大,NO的还原反应越充分,两种情况都利于减少NOx排放;在挥发分析出和燃烧的初期,温度增高,利于减少NOx排放,但在焦炭燃烧阶段,温度过高不利于控制燃煤型NO的生成,且有产生热力型NO的危险。燃烧过程中最终生成的NO浓度和燃料中的氮全部转化成NO时的浓度之
