低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术
低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术.
（1）两级燃烧• 空气量分两段送入炉膛，第一级的空气量大约为80%左右，从主燃烧区送入；第二级的空气量占20%左右，从燃烧区的上方送入，两级喷口之间的距离为1.5~2m。
• 可以降低燃料型和温度型NOx 的生成。
• 应保证第二级空气与燃尽区火焰的混合良好，避免造成不完全燃烧。
• 一次燃烧区内由于缺氧，形成还原性气氛，这样使灰熔点降低，不仅容易引起结渣，还会产生腐蚀。
• 由于燃烧分段进行，火焰拉长，如果组织不好，焦炭难以燃尽，还会引起炉膛出口处的受热面结渣。
（2）MACT与A-MACT炉内脱氮技术 MACT炉内脱氮技术：• 控制主燃烧区的燃料与空气比为0.8~0.9。
• 在主燃烧器上方设置OFA（Over Fuel Air）供风，使主燃烧区生成的NOx 到达OFA区时，由于缺氧而被还原成N2。
• 在上二次风OFA喷口上部再设置一层附加空气AA （Additional Air），还原区的未燃物进入燃尽区后与 AA供风混合，被充分燃烧。
A-MACT燃烧技术：• 将AA供风进一步细分为上下两层，以促进未燃物与空气的均匀混合，提高燃烧效率• 可将NOx 控制在60~150ppm内。
（3）扩大还原燃烧技术• 在主燃烧区与燃尽区之间留有较大的空间，并注入IAP供风（分级风），形成HCN、NH3、HC等还原性气氛，促使NOx还原。
• 与两段燃烧法相比，NOx 减少了35%，由210ppm降低到130~140ppm。
低NOx燃烧技术专业资料
燃煤锅炉的低NO x燃烧技术NOx是对N2O、NO2.NO、N2O5以及PAN等氮氧化物的统称。
在煤的燃烧过程中, NOx生成物重要是NO和NO2, 其中尤以NO是最为重要。
实验表白, 常规燃煤锅炉中NO生成量占NOx总量的90%以上, NO2只是在高温烟气在急速冷却时由部分NO转化生成的。
N2O之所以引起关注, 是由于其在低温燃烧的流化床锅炉中有较高的排放量, 同是与地球变暖现象有关, 对于N2O的生成和克制的内容我们将结合流化床燃烧技术进行介绍。
因此在本章的讨论中, NOx即可以理解为NO和NO2。
一、燃煤锅炉NO x的生成机理根据NOx中氮的来源及生成途径, 燃煤锅炉中NOx的生成机理可以分为三类: 即热力型、燃料型和快速型, 在这三者中, 又以燃料型为主。
它们各自的生成量和炉膛温度的关系如图3-1所示。
实验表白, 燃煤过程生成的NOx中NO占总量的90%, NO2只占5%～10%。
1.热力型NOx热力型NOx是参与燃烧的空气中的氮在高温下氧化产生的, 其生成过程是一个不分支的链式反映, 又称为捷里多维奇（Zeldovich）机理→(3-1)O2O2→+O+NONN(3-2)2→+N+NOOO(3-3)2如考虑下列反映→+(3-4)N+NOHOH则称为扩大的捷里多维奇机理。
由于N≡N三键键能很高, 因此空气中的氮非常稳定, 在室温下, 几乎没有NOx生成。
但随着温度的升高, 根据阿仑尼乌斯（Arrhenius）定律, 化学反映速率按指数规律迅速增长。
实验表白, 当温度超过1200℃时, 已有少量的NOx生成, 在超过1500℃后, 温度每增长100℃, 反映速率将增长6～7倍, NOx的生成量也有明显的增长, 如图3-1所示。
但总体上来说, 热力型NOx的反映速度要比燃烧反映慢, 并且温度对其生成起着决定性的影响。
对于煤的燃烧过程, 通常热力型NOx不是重要的, 可以不予考虑。
一般来说通过减少火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区的停留时间可以克制热力型NOx的生成。
低NOx燃烧技术
欧洲标准：200 mg/m3 ，挥发分较高、发热量高的商品煤。
美国标准： 180 mg/m3，全部挥发分较高的烟煤； 日本标准： 150 mg/m3，基本是燃烧原煤（包括洗块、洗中、洗末） 中国标准： 200 mg/m3，2003年以前投产的锅炉。 100 mg/m3，2003年以后投产的锅炉。 劣质煤（洗中煤、洗末煤）挥发分低、灰分高、发热量低、高水 分的煤种。
4.2 锅炉过量空气系数的影响 当空气不分级燃烧时，降低过量空气系数，在一定程度上会起到限制 反应区内氧浓度的目的，因而对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有明显 的控制作用，采用这种方法可使NOx生成量降低15%～20%。但是CO浓度 会随之增加，燃烧效率下降。当采用空气分级时，可以有效NOx排放量， 随着一次风量减少，二次风量增加，N被氧化的速度降低，NOx排放量也 相应下降。
1.3 美国洛杉机光化学烟雾
• 美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。 • 1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；6.5 万公顷的森林，29％严重受害，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。
2
序号
“十二五”国家主要污染物总量控制(GB13223-2011)
污染物项目 烟尘 全部 新建锅炉 二氧化硫 适用条件 限值 30 100 200(1) 200 400(1) 100 200(2) 0.03 30 100 200 污染物排放监控位置
挥发分N/燃料N,%
时间,ms
影响NOx生成的主要因素是： 一、炉膛温度水平，炉膛温度越高，NOx排放量越大； 二、高温燃烧区的含氧量，过量空气系数越高，NOx排放量越大。 因此在低NOx燃烧器设计时，在高温区低氧、在相对低温区过氧的燃烧方 式。
低负荷低挥发份煤稳燃措施
低负荷低挥发份煤稳燃措施
近期长焰煤量少，炉子整体挥发份低于19%，又适逢线路检修，我公司出力受限，经常深度调峰至500MW（每台机250MW），为保证低负荷低挥发份煤稳燃，特制定本措施。
1.保持磨煤机出口温度不低于100℃；
2.提高煤粉细度，动态分离器转速可提高至25HZ，但要注意磨煤机差压不超限；
3.适当降低一次风速，可保持在25m/s左右；
4.尽量降低氧量，以减少二次风量；
5.加强空预器吹灰，以提高一、二次风换热升温；
6.适当降低二次风层风，底层层风可保持在40%开度，中间层运行磨可保持35%；中间层非运行磨二次风层层风不超过30%；
7.非除渣期间干渣机打焦孔保持关闭，除焦期间尽量少开孔；
8.250MW深调期间原则上可保持两支微油运行，可根据燃烧情况增减，但一定要保证燃烧稳定。
9.燃烧调整人员要经常就地看火，及时了解燃烧状况，作出相应稳燃调整；
10.油枪及时消缺，保证投油及时；
11.认真监盘，发现燃烧不稳及时投油稳燃，并作出相应稳燃调整，待燃烧稳定后再退出。
发电部王云鹏。
低NOx煤粉燃烧技术
因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性 气氛中降低了生成NOx的反应率,抑制了 NOx在这一燃烧中的生成量.为了完成全部 燃烧过程,完全燃烧所需的其余空气则通过 布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA （over fire air）――称为"燃尽风（火上风） "喷口送入炉膛,与第一级燃烧区在"贫氧燃 烧"条件下所产生的烟气混合,在α＞1的条 件下完成全部燃烧过程.由于整个燃烧过程 所需空气是分两级供入炉内,故称为空气分 级燃烧法.
燃料分级燃烧
利用这一原理,将80-85%的燃料送入第一级燃烧 区,在α>1条件下,燃烧并生成NOx.送入一级燃烧 区的燃料称为一次燃料,其余15-20%的燃料则在 主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α<1的条件下， 形成很强的还原性氛围，使得在一级燃烧区生成 的NOx在二级燃烧区内被还原成氮原子，二级燃 烧区又称为再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称 为二次燃料或者再燃燃料。在再燃区中不仅使得 已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生 成，可使NOx的排放浓度进一步降低。
目前，国内外控制NOx排放的技术措施主要 有两大类： 采用低NOx的燃烧技术，通过改变燃烧过 程来有效地控制NOx的生成。 尾部烟道脱硝处理。使用选择性催化还原 （SCR）和选择性非催化还原（SNCR） 两种方式对烟道气进行处理。
低NOx煤粉燃烧技术目前主要有以下几种 1）低过量空气燃烧 2）空气分级燃烧 3）燃料分级燃烧 4）烟气再循环 5）低NOx燃烧器
燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃 烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO的还 原反应,反应式为： 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
低NOX煤粉燃烧技术概述
低NOX煤粉燃烧技术概述摘要:本文共分为四大部分:从当前火电厂脱氮的结设备构特点及组成～工作原理～燃烧方式～控制方法以及在火电厂中的应用前景等方面进行了浅显的描述。
其中重要是对该设备的主要原理和控制方法～控制性能及特点方面进行了阐述。
关键词:结构特点、工作原理、燃烧方式、控制方法。
Abstract: This paper is divided into four parts: from the current circulatingfluidized bed power plant characteristics of the structure and composition， working principle， and combustion of pulverized coal-fired boiler contrast， the control method and the application of thermal power plants in areas such as prospects forthe simple description. One important is the boiler control system for the maincontrol methods to control aspects of performance and features， and explainsKey words: current circulating、bed power plant、combustion of pulverized、boiler control system.一引言近年来能源利用造成的环境污染越来越严重～其中矿物燃料的燃烧所排放出来的氮氧化物(NOX)己成为环境污染的一个重要方面。
NOX是N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5的总称。
我国能源以煤为主。
低负荷燃烧技术
1 低负荷稳燃原理切向燃烧锅炉由于其煤种适应性广、稳燃性能好等特点,在我国电站锅炉中得到了广泛应用。
这种燃烧方式基本上采用了直流煤粉燃烧器,所以本文将以直流煤粉燃烧为例讨论切向燃烧锅炉的低负荷稳燃问题。
对于普通的直流燃烧器,一次风粉射流从一次风喷口射入炉膛后,只能靠从射流外侧卷吸炉内的高温烟气来提供着火供热,一次风粉混合物的火焰传播速度一般为1.5~6.0 m/s,而一次风粉输送速度却是20~30 m/s,因此在燃烧器喷嘴出口处稳定的着火只可能发生在一次风粉射流的边缘处,所以从理论上说,自由射流的外边界处速度梯度趋于零,几乎没有湍流扰动,传热传质的作用很差。
此外射流离开喷口后向外扩张,煤粉颗粒因惯性作用集中在射流内侧,射流获得的热量必须首先加热外侧的空气,然后才能对煤粉加热,所以,普通单股直流燃烧器所形成射流的着火条件很差,它必须依靠上游邻角的火焰稳燃。
当锅炉负荷降低时,炉温下降,为了维持必要的煤粉混合物输送速度,一次风中的煤粉浓度将大为降低;对于切向燃烧锅炉来说,二次风速度也要降低,炉膛中火球的转动强度也逐渐减弱,以至于不投油最低负荷运行时,火球不能自行稳定燃烧,因此每个煤粉喷嘴必须具有自稳燃能力,而不是单单依靠邻角燃烧器燃油火焰的助燃。
以Qz表示煤粉气流达到着火温度所必须的着火热;以Qg表示外界提供给煤粉射流的着火供热,要使一次风煤粉气流着火,应保证稳燃指数e=Qg/Qz≥1,e值越大,则着火越稳定。
由上式可见,煤粉气流若要稳燃,应从两个方面着手:一方面尽可能降低着火热;另一方面应加强着火供热。
1.1 降低着火热着火热包括用于加热煤粉和一次风所需的热量,以及使煤粉中水分蒸发与过热所需的热量。
下面讨论单喷口一次风煤粉气流着火热的影响因素。
1.1.1 着火温度tz的影响着火温度越低,所需的着火热越小,影响着火温度tz的因素主要包括以下3点。
a. 燃料性质燃料中的可燃基挥发分越高,着火温度越低。
当燃料中灰分和水分增大时,发热量降低,在炉内还要消耗部分热量用来水分蒸发、过热及灰分的加热,致使燃料消耗量增大,着火温度升高,会使着火热显著增大。
W型火焰
（3）浓淡燃烧技术W型火焰锅炉的用途
主要用于燃烧低反应能力的无烟煤和贫煤。
低反应能力煤的特点: 措施: 着火困难，燃烧 稳定性差，燃尽 时间长，
强化着火区的燃烧条件。
W型火焰炉采用稳燃措施
1、在燃烧器—炉拱区域敷设了大量的卫燃 带，提高了燃烧器区域的温度。 2、W炉实现集中燃烧，分级送风，提高燃烧温 度。
当燃烧处于高负荷状态或燃料挥发分变大时, 减小分级风，增大燃烧器风量，可使火焰长度增 加，延长燃料在燃烧区的停留时间，有利于燃尽。
当燃烧处于低负荷状态或燃料中挥发分减 小，应适当增大分级风，减小燃烧器二次风量。 一次风喷口内还可布置旋流叶片，使一次 风气流射出喷口后产生轻度旋转，并形成中心 回流，增强着火的稳定性。
3、采用了浓度可调的浓缩型煤粉燃烧器，煤 粉喷嘴出口气流可实时调节。
二、W火焰锅炉的主要技术
燃烧室敷设围燃带+煤粉浓缩燃烧器。 三、w火焰炉膛结构
四、W型火焰锅炉的燃烧器
采用旋风分离器将煤粉浓缩后，煤粉空气 混合物被分为浓、淡两股煤粉气流，浓煤粉 气流从旋风分离器下部经过喷口进入炉膛， 而淡煤粉气流经过旋风分离器上部的抽气管 送入炉膛。
低负荷稳燃及低NOX煤粉燃烧技术 一、低负荷稳燃技术 (1)提高一次风气流中的煤粉浓度。
(2)提高煤粉气流初温。
(3)提高煤粉颗粒细度。 (4)在难燃煤中加入易燃燃料。
二、低NOx煤粉燃烧技术
1．NOx的生成机理 2、低NOx煤粉燃烧器
3．炉内脱氮技术 4、降低NOX 的燃烧技术措施
（1）空气分级燃烧技术：
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可设置再循环烟气喷口，推迟二次风与一次风的混合，以及淡煤 粉气流与浓煤粉气流的混合，使浓煤粉气流喷口附近形成还原性气氛， 并降低火焰中心的温度。
（2）宽调节比煤粉燃烧器
• 与两段燃烧法相比，NOx 减少了35%， 由210ppm降低到130~140ppm。
要求：控制燃料着火初期的过量空气系数。采用双调风燃烧器，能形成 富燃料区，使煤粉在开始着火阶段处于缺氧状态，挥发分生成的一部分 NOx 被还原，这样实际生产的NOx 数量可明显的减少。
（3）快速温度型NOx
机理：空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、 CN等，然后加速与氧反应，生成NOx 。 这部分NOx 占总量的5%。
• 在环形二次风管内装有隔板，将二次 风（此处将外二次风称为“三次风”） 分隔为两股，从不同位置上
（由分离器实现）送入着火后的 煤粉气流中，实际上推迟了三次风与火焰的混合，以利于形成 还原性气氛和宽广的还原区，促进NOx 的还原。
三级混合技术：
• 带燃尽风（或称为三次风） • 燃尽风率为15% • 在内二次风和外二次风与煤粉气流混合的两个阶一步细分为上下两层，以促进 未燃物与空气的均匀混合，提高燃烧效率
• 可将NOx 控制在60~150ppm内。
（3）扩大还原燃烧技术
• 在主燃烧区与燃尽区之间留有 较大的空间，并注入IAP供风（分级风）， 形成HCN、NH3、HC等还原性气氛， 促使NOx还原。
系数都小于1 • 无辅助燃料的稳燃能力可达到额定负荷（汽轮机侧）的15% • 与普通双调风燃烧器相比，可减少40%的NOx 。
3、炉内脱氮技术
思路与低NOx 煤粉燃烧器一致。 （1）两级燃烧 （2）MACT与A-MACT炉内脱氮技术 （3）扩大还原燃烧技术
（1）两级燃烧
• 空气量分两段送入炉膛，第一级的 空气量大约为80%左右，从主燃烧区 送入；第二级的空气量占20%左右，从 燃烧区的上方送入，两级喷口之间的距离 为1.5~2m。
（3）A-PM型浓淡浓煤粉燃烧器（Advanced—Pollution Minimum）
• 将原来PM型浓、淡燃烧器改进为 A-PM型浓、淡、浓燃烧器
• 单个喷嘴的火焰形成同轴对称火焰， 使局部过于集中的浓煤粉气流分解为 火焰中心是淡煤粉气流，外围是浓煤粉 气流。这样不仅降低了局部高热强度， 而且在火焰中心区形成NOx 的还原反应， 大幅度降低了NOx 的生成量。而在火焰 外围的浓煤粉气流区维持了火焰的稳定 性。
• 可提高炉内温度水平：图6-29
3、提高煤粉颗粒细度。
• 可提高单位质量的煤粉表面积，从而提高火焰传播速度，提高燃烧稳 定性。煤粉燃尽时间与颗粒直径的平方成正比。
• 不过，煤粉颗粒细度受磨煤出力和磨煤机电耗的限制。
4、在难燃煤中加入易燃燃料。
• 投入雾化燃油助燃。 • 投入气体燃料助燃。 • 混入挥发分较大的煤粉。
但煤粉浓度过高，由于着火区严重缺氧，而影响挥发分的充分燃烧， 造成大量的煤烟产生，影响颗粒温度的升高，延缓着火。或者因挥发分 燃烧缺氧，使火焰不能正常传播，而引起着火不稳定。
2、提高煤粉气流初温。 方法：提高热风温度。
• 可减少煤粉着火热。一次风温从 20 ℃提高到300 ℃时，着火热可 减少60%；一次风温从20 ℃升至400 ℃时，着火热可减少80%
各种NOx 生成量与炉膛温度的关系：
2、低NOx 煤粉燃烧器
（1）PM型燃烧器 （2）宽调节比煤粉燃烧器 （3）A-PM型浓淡浓煤粉燃烧器 （4）新型低NOx 旋流式煤粉燃烧器
（1）PM型燃烧器（Pollution Minimum） • 煤粉气流被分为浓煤粉气流和淡煤粉气流两股 • 弯头内侧有调节装置，调节煤粉浓度的大小
（2）MACT与A-MACT炉内脱氮技术
MACT炉内脱氮技术： • 控制主燃烧区的燃料与空气比为0.8~0.9。
• 在主燃烧器上方设置OFA（Over Fuel Air）供风， 使主燃烧区生成的NOx 到达OFA区时，由于缺氧而 被还原成N2。
• 在上二次风OFA喷口上部再设置一层附加空气AA （Additional Air），还原区的未燃物进入燃尽区后与 AA供风混合，被充分燃烧。
二、低NOx 煤粉燃烧技术
1、NOx 的生成机理 2、低NOx 煤粉燃烧器 3、炉内脱氮技术
1、NOx 的生成机理
（1）温度型NOx （2）燃料型NOx （3）快速温度型NOx
（1）温度型NOx
机理：空气中的氮在超过1500 ℃的高温下，发生氧化反应，温度越 高，NOx 的生成量越多。如果局部区域的火焰温度很高，将产生大量 的NOx 。这部分NOx 占NOx总量的10%~20%。
• 喷口内设置稳焰器，进一步提高着火 稳定性，使低负荷稳燃能力增强。
• 采用分隔风箱结构，可实现单个火焰的灵活调节
（4）新型低NOx 旋流式燃烧器
• 在燃烧器一次风管中设置调节杆，调节杆 可沿轴向移动，控制火焰位置
• 一次风管出口装有环形稳焰器，可确保 着火区的高温烟气回流，促使煤粉快速、 稳定着火
要求：燃烧处于较低的温度水平，同时要求燃烧中心各处的火焰温度 分布均匀。如采用分级配风。
（2）燃料型NOx
机理：燃料中的氮，主要是挥发分中的氮化合物受热分解和氧化成 NOx 。占NOx 总量的80%~90%，这部分NOx 主要在燃烧器出口处的 火焰中心生成。由于大部分煤粒中的挥发分在30~50ms内析出，当煤粉 气流的速度为10~15m/s时，挥发分析出的行程小于1m。
• 可以降低燃料型和温度型NOx 的生成。 • 应保证第二级空气与燃尽区火焰的混合
良好，避免造成不完全燃烧。 • 一次燃烧区内由于缺氧，形成还原性气氛，
这样使灰熔点降低，不仅容易引起结渣， 还会产生腐蚀。 • 由于燃烧分段进行，火焰拉长，如果组织 不好，焦炭难以燃尽，还会引起炉膛出口处 的受热面结渣。
• 煤粉气流通过弯头时，一次 风管隔板上部的通道中形成 浓煤粉气流，而在隔壁下部 的通道中形成淡煤粉气流。
• 扩流锥将两股出口气流形成 一个夹角，可以增加一次风和 回流烟气的接触面，上部浓 煤粉气流着火的稳定性提高， 同时在夹角区形成回流区，卷吸 高温烟气，进一步提高整个煤粉 气流着火的温度性。
• 这种煤粉气流在低负荷下（20%）仍能不投油稳定燃烧，故负荷 调节比宽。
低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术
一、低负荷稳燃技术 二、低NOx煤粉燃烧技术
一、低负荷稳燃技术
1、提高一次风气流中的煤粉浓度 2、提高煤粉气流初温 3、提高煤粉颗粒细度 4、在难燃煤中加入易燃燃料
1、提高一次风气流中的煤粉浓度。
• 减少了一次风量，可减少着火热； • 提高了煤粉气流中挥发分的浓度，使火焰传播速度提高； • 燃烧放热相对集中，使着火区保持高温。