燃煤锅炉的低NO x燃烧技术
NO x是对N
2O、NO
2
、NO、N
2
O
5
以及PAN等氮氧化物的统称。在煤的燃烧过程中，
NO x生成物主要是NO和NO
2
，其中尤以NO是最为重要。实验表明，常规燃煤锅炉中NO生成量占NO x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的生成和抑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，NO x即可以理解为NO和NO2。
一、燃煤锅炉NO x的生成机理
根据NO x中氮的来源及生成途径，燃煤锅炉中NO x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。试验表明，燃煤过程生成的NO x中NO占总量的90%，NO2只占5%～10%。
1、热力型NO x
热力型NO x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应，又称为捷里多维奇（Zeldovich）机理
→(3-1)
O2
O
2
+
→
NO
N
N
O+
(3-2)
2
+
→
NO
N+
O
O
(3-3)
2
如考虑下列反应
→
+(3-4)
OH
N+
NO
H
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NO x生成。但随着温度的升高，根据阿仑尼乌斯
（Arrhenius）定律，化学反应速率按指数规律迅速增加。实验表明，当温度超
过1200℃时，已经有少量的NO x生成，在超过1500℃后，温度每增加100℃，反应速率将增加6～7倍，NO x的生成量也有明显的增加，如图3-1所示。
但总体上来说，热力型NO x的反应速度要比燃烧反应慢，而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NO x不是主要的，可以不予考虑。一般来说通过降低火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区的停留时间可以抑制热力型NO x的生成。
2、快速型NO x
快速型NO x中的氮的来源也是空气中的氮，但它是遵循一条不同于捷里多维奇机理的途径而快速生成的。其生成机理十分复杂，如图3-2所示。
通常认为快速型NO x是由燃烧过程中的形成活跃的中间产物CH i与空气中的氮反应形成HCN、NH和N等，再进一步氧化而形成的。在煤的燃烧过程中，煤炭挥发分中的碳氢化合物在高温条件下发生热分解，生成活性很强的碳化氢自由基（CH· ，CH2· ），这些活化的CH i和空气中的氮反应生成中间产物HCN、NH和N，随后又进一步被氧化成NO，实验表明这个过程只需60ms，故称为快速型NO x，这一机理是由费尼莫（Fenimore）发现的，所以又称为费尼莫机理。
(3-5)
+
HCN
N
→
CH+
N
2
(3-6)
+
N
→
C+
N
CN
2
由图3-1可以看出，在煤粉燃烧过程中快速型NO x生成量很小，大致在（10～100）×10-6，且和温度关系不大。但随着NO x排放标准的日益严格，对于某些碳氢化合物气体燃料的燃烧，快速型NO x的生成也应该得到重视。
3、燃料型NO x
由燃料中的N生成的NO x称为燃料型NO x，由图3-1可知，燃料型NO x是煤粉燃烧过程中NO x的主要来源，占总量60%～80%。同时由于煤的热解温度低于其燃烧温度，因此在600～800℃时就会生成燃料型NO x，而且其生成量受温度不大。
煤的氮含量在0.4%～2.9%之间，且随其产地的不同有较大差异。煤中绝大多数的氮都是以有机氮的形式存在。在燃烧过程中，一部分含氮的有机化合物挥发并受热裂解生成N、CN、HCN和NH i等中间产物，随后再氧化生成NO x；另一部分焦炭中的剩余氮在焦炭燃烧过程中被氧化成NO x，因此燃料型NO x又分为挥发分NO x和焦炭NO x。该过程如图3-3所示。
实验表明，在通常的燃烧条件下，燃煤锅炉中大约只有20%～25%的燃料氮转
化为NO x，而且受燃烧过程空气量影响很大，常用过量空气系数（α）来表示燃烧过程空气量的多少，一般定义在化学当量比下的过量空气系数为1，大于1表示空气过量，小于1表示空气量不足。如图3-4所示，当过量空气系数α=0.7时，燃料型NO x的生成量接近于零，然后随过量空气系数的增加而增加。同时进一步研究表明，焦炭氮向NO x的转化率很低，大多数燃料型NO x属于挥发分NO x，以上知识对于研究和开发燃料型NO x的控制技术是相当重要的。
煤燃烧的氮氧化物形成实际上是一个非常复杂的过程，与煤种、燃烧方式及燃烧过程的控制密切相关。对于各种不同的煤种的原始NO x排放情况，一般来说无烟煤燃烧时的NO x排放量最大，褐煤燃烧时为最小，这不但与煤种有关，更重要的是与煤的燃烧方式有关，煤中的挥发分越低，燃烧时为了燃烧的要求，组织的燃烧温度越高，同时风量一般也最大，就形成了原始的NO x排放也越高。图3-5
所示的是不同的燃煤锅炉炉型所产生的原始NO x排放量的状况，从图中可以看来，对于循环流化床锅炉具有最好的低NO x排放性能，原始排放量最大的是液态排渣煤粉炉，这也是为什么目前液态炉用得不多的原因之一。
图3-6进一步给出了都是煤粉炉不同燃烧方式的条件下的NO x排放量，从图中可以看出，从NO x原始排放量来看，最佳的是固态排渣的切向燃烧锅炉，这类锅炉也是煤粉炉中应用最广的一种炉型。在图3-6中同时还给出了为了满足环保要求，不同炉型的NO x排放控制要求的简单线算方法，因此通过这张图就可以初步判断用什么方法可以达到排放的要求。
二、燃煤锅炉的低NO x 燃烧技术
低NO x 燃烧技术就是根据NO x 的生成机理，在煤的燃烧过程中通过改变燃烧条件、或合理组织燃烧方式等方法来抑制NO x 生成的燃烧技术。正如前文所述，在燃煤过程中燃料型NO x ，尤其是挥发分NO x 的生成量占的比例最大，因此低NO x 燃烧技术的基本出发点就是抑制燃料型NO x 的生成。
根据燃料型NO x 的生成机理，可以将其生成过程归纳为如下竞争反应 燃料氮→I ???+→+NO RO I (R1) ???+→+2N NO I (R2) 其中I 代表含氮的中间产物（N 、CN 、HCN 和NH i ），RO 代表含氧原子的化学组分（OH ，O ，O 2）。反应R1是指含氮的中间产物被氧化生成NO x 的过程，反应R2指生成的NO x 被含氮中间产物还原成N 2的反应。因此抑制燃料型NO x 的生成，就是如何设计出使还原反应R2显著的优先于氧化反应R1的条件和气氛。 除此之外，抑制热力型NO x 的生成也能在一定程度上减小NO x 的排放量，只是效果很小。一般来讲抑制热力型NO x 的主要原则是：
① 降低过量空气系数和氧气的浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧； ② 降低燃烧温度并控制燃烧区的温度分布，防止出现局部高温区； ③ 缩短烟气在高温区的停留时间。
显然，以上原则多数与煤粉炉降低飞灰含碳量、提高燃尽率的原则相矛盾，因此在设计开发低NO x 燃烧技术时必须全面考虑。
目前常见的低NO x 燃烧技术主要有：低NO x 燃烧器技术、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术（又称再燃技术）和烟气再循环技术。各项技术的利用方式也不同，在燃煤锅炉中的布置位置也不同，如图3-7所示。
1、烟气再循环技术
烟气再循环法是指将一部分燃烧后的烟气再返回燃烧区循环使用的方法。由于这部分烟气的温度较低（140～180℃）、含氧量也较低（8%左右），因此可以同时降低炉内的燃烧区温度和氧气浓度，从而有效地抑制了热力型NO x的生成。循环烟气可以直接喷入炉内，或用来输送二次燃料，或与空气混合后掺混到燃烧空
气中，工业实际中最后一种方法效果最好，应用也最多，如图3-8所示。
用于再循环的烟气量与不采用再循环时的总烟气量的比值称为再循环率，再循环率与NO x排放量的关系如图3-9。但是，再循环率的提高是有限度的，循环烟量的增加，入口处速度增大，会使燃烧趋于不稳定，发生脱火现象同时增加了未完全燃烧的热损失；一般再循环率控制在15%～20%，此时NO x排放可以降低25%左右。另外该法需要添加配套设备如风机、风道等，使系统变得复杂并增加
了投资，对于旧机组改造时往往受到场地的限制。
由于热力型NO x在燃煤锅炉中生成比例较小，所以该方法对降低总NO x排放的效果也相对较小。另外必须注意的是，采用烟气再循环技术虽然降低了燃烧温度和氧气浓度，但也从而造成未燃炭的增加。
2、空气分级燃烧技术
空气分级燃烧技术是目前最为普遍的低NO x燃烧技术，它是通过调整燃烧器及其附近的区域或是整个炉膛区域内空气和燃料的混合状态，在保证总体过量空气系数不变的基础上，使燃料经历“富燃料燃烧”和“富氧燃尽”两个阶段，以实现总体NO x排放量大幅下降的燃烧控制技术。
空气分级燃烧之所以能从总体上减少NO x排放的基本原理是：在富燃料燃烧阶段，由于氧气浓度较低，燃料的燃烧速度和温度都比正常过氧燃烧要低，从而抑制了热力型NO x的生成，同是由于不能完全燃烧，部分中间产物如HCN和NH3会将部分已生成的NO x还原成N2，从而使燃料型NO x的排放也有所减少。然后在
富氧燃烧阶段，燃料燃尽，但由于此区域的温度已经降低，新生成的NO x量十分
有限，因此总体上NO x的排放量明显减少。
在空气分级燃烧技术中，合理的分配两级燃烧的过量空气系数是影响NO x排放控制效果的关键因素。经验表明：富燃料区的过量空气系数如果太低，煤粉不易点燃而且燃烧不稳定；如果太高，则NO x的生成量也会上升，一般取0.8左右。根据分级燃烧实现的区域和方式，可大致分为通过燃烧器设计实现空气分级、通过加装一次风稳燃体实现空气分级和通过炉膛布风实现空气分级三类。
① 通过燃烧器设计实现空气分级。对煤粉炉来讲，燃烧器是燃烧系统中最为重要的设备，它的结构和布置直接决定了燃料和空气的混合情况，从而影响到燃料的着火及燃烧过程。不管是何种燃烧器，空气的送入通常都已经分了一次风、二次风和三次风等，这为进一步的分级燃烧降低NO x的形成创造了良好的条件。因此可以通过燃烧器设计来实现空气分级燃烧，彩图2是正在安装中的低氮氧化物燃烧器。在所利用不同方法实现降低NO x排放的燃烧器，即低NO x燃烧器（LNB）中，空气分级方式是最为常见的。
对于直流燃烧器和旋流燃烧器，其组织煤粉燃烧的方式不同，一般直流燃烧器采用四角切圆布置，通过整体火焰发生旋转来强化煤粉和空气的混合；而旋流则采用墙式燃烧，通常靠二次风的旋转来使气流强烈混合。由此采用两类燃烧器产生生的混合和燃烧情况是不相同的，所以采用的空气分级方式也不一样。
如图3-10所示，同轴燃烧技术又有两种形式：一种是使同轴的两个切圆旋转方向同向；另一个则是反向。一般同向时会加剧炉内整体旋转的动量，引起炉膛出口烟气与空气的混合。在实际应用中，经常在炉内的不同高度分别布置反向和正向切圆，既可以使混合程度加强，也可以互相产生抵消降低炉内整体的旋转。
如图3-11为某燃烧烟煤的300MW锅炉同轴燃烧系统中一次风、二次风的布
置，其各层的二次均采用反向的方式。
b. 直流燃烧器浓淡燃料燃烧技术。燃料浓淡燃烧的基本原理是在燃烧器喷口前，经过惯性分离等方法使一次煤粉气流分离成煤粉浓度不同的两股煤粉气流，一股煤粉气流实现富燃料燃烧，其火焰稳定，有利于着火过程，同时由于其相对含氧量低，可有效控制燃料型NO x的形成；另一股煤粉气流进行贫燃料燃烧，燃烧温度较低，可使热反应型NO x生成量减少，然后再混合完成整个燃烧过程。通常燃料可以在水平或是垂直方向上实现浓淡分离。
水平浓淡燃烧方式见图3-12。将浓相煤粉气流喷向向火侧，稀相煤粉气流喷
向背火侧，形成内浓外稀两层切圆的分级燃烧方式。
垂直浓淡燃烧方式是将一次煤粉气流分离成两股后，将原来的一个一次风喷口分成垂直方向分开有一定距离的上下两个喷口，从而形成上下浓淡的燃烧方式。图3-13所示为日本三菱公司的PM型低NO x燃烧器，这是一种典型的垂直浓淡燃烧技术。一次风和煤粉混合气流在进入燃烧器前，先经过一个弯头进行惯性分离，因煤粉的密度大于气体而因惯性分离成浓煤粉气流进入上面的燃料相对富的喷口，而相对煤粉浓度较低的煤粉气流进入下面的贫燃料喷口，从而实现了上
下垂直浓淡燃烧。实验表明这种浓淡燃烧方式可以降低NO x的排放30%左右。
c. 旋流燃烧器空气分级技术。旋流燃烧器是更为广泛应用于燃煤锅炉的燃烧器形式，它一般采用墙式燃烧。传统的旋流燃烧器的特点是一次风煤粉气流以直流或旋流的方式进入炉膛，二次风从煤粉气流的外侧转进入炉膛。射流的强烈旋转使两股气流进入炉膛后立即强烈混合，卷吸大量易着火的高温烟气，在着火端形成氧气过量的燃烧区域，而且火焰短，放热集中，易出现局部的火焰峰值区，所以传统的旋流燃烧器比四角直流燃烧的NO x排放量高的多。因此为了降低其NO x 的排放量，关键是需要尽可能延长煤粉燃烧时与二次风混合的时间，避免形成高温富氧的环境。
图3-14为低NO x旋流燃烧器的基本设计原理，煤粉和一次风在燃烧器喷嘴处附近形成高温气氛区Ⅰ、Ⅱ。在区域Ⅰ内，煤粉迅速燃烧，并发生热分解过程释放出氮气。在区域Ⅱ，外部叶轮强力的空气旋转力形成内部高循环区域，大量的NO x在这个区域形成。在区域Ⅲ，由内部叶轮产生的高温空气促进了挥发分燃烧，确保火焰的稳定性，同时造成内部环境的高温化。而在区域Ⅳ，通过外侧叶轮进
入的空气在局部范围形成了燃料过剩区，从而迫使释放出来的燃料氮向N2还原。
提高燃料的温度可以使煤炭中挥发性气体的发生量增加，同时煤炭中挥发性氮化合物的释放量也增加，这些化合物在还原性气氛下均可被还原为N2。因此高温下燃料过剩区的形成起着极为关键的作用。
低NO x旋流燃烧器目前应用较广，表3-1是几种常见的低NO x旋流燃烧器的制造商及其主要特点。图3-15、图3-16分别是DRB型和NR型典型的结构图。
② 通过加装一次风稳燃体实现空气分级燃烧。在燃烧器喷口处增设不同形状的稳燃体不仅可以起到稳定燃烧和强化着火的作用，同时可以改变喷口区域空气与煤粉的混合和流动状态，使之在某些区域首先发生富燃料反应，因此也是一种简单的分级燃烧方式。其中比较典型的有清华大学开发的火焰稳定船低NO x 燃烧技术。该技术在直流燃烧器喷口附近增设了一个类似于船体的稳燃体，由于它是研究直流燃烧器在低负荷下燃烧低质煤稳燃问题时的成果，因此称之为船形稳定器。但在研究中发现它除了能够稳燃以外，还具有降低NO x 生成的效果。
如图3-17所示是该技术在燃烧大同烟煤时实测的温度分布，以及通过数值计算得到的煤粉高浓度区。可以看到由于气流发生弯曲，部分惯性较大的煤粉发生分离并形成富燃料区，这里的温度在900～1000℃，既能保证煤的燃烧，还能有效地控制NO x的生成。随着燃烧的进行煤粉同是向前运动，与外部的空气混合并完全燃烧。这正符合空气分级的原理。图3-18所示为在有船体和无船体两种情况下，NO x排放浓度的测量结果，可以看出整体上增加了船体后NO x排放降低了
40%左右。
1998年年底北京市实行严格的控制大气污染的28条措施，其中之一就是在电站锅炉上采用这种燃烧器，应用表明，该技术降低NO x的排放可达35%以上。
③ 通过炉膛布风实现空气分级燃烧。仅通过燃烧器周围进行分级燃烧，燃料在富燃料区停留时间往往不够，NO x的还原还未达到平衡，而且富氧区的温度较高，燃料燃烧会有新的NO x生成，因此NO x的最终排放量下降幅度不是很大。通过炉膛布风空气分级燃烧将范围扩大到接近整个炉膛，可以合理地控制燃料在富燃料区的停留时间，并使富氧区的温度降得更低。
其基本方法是，使燃烧器附近的空气过量系数控制在0.8左右，发生富燃料燃烧。然后在燃烧器上方通入剩余空气，在第一段燃烧区所生成的烟气混合，在富氧的条件下完成全部燃烧过程。在工业上第二段通入的空气又称火上风OFA
（over fire air）。其示意图3-19中SOFA即采用炉膛布风时的火上风。
由于燃烧器附近均为还原性气氛，灰熔点比氧化气氛中降低100～120℃，容易引起结渣和水冷壁高温腐蚀，因此尽可能防止高温还原性气流和炉墙接触，工业上常采用的方法是通边界风“boundary air”，在炉底或侧墙上布置风口，让空气沿炉墙上升，保持水冷壁表面的氧化性气氛防止结渣和水冷壁的高温腐蚀。
在同等条件下，仅采用这种方式进行分级燃烧，也可以减少20%～30%的NO x 排放量，在实际工程中，往往将它与低NO x燃烧器同时应用，以提高降低NO x排放的效果。这类方法对于直流四角燃烧锅炉和旋流燃烧锅炉均可采用。
3、燃料分级燃烧技术
在空气分级燃烧技术中，煤粉先进行的是富燃料燃烧，不利于点燃和稳定燃烧，为此燃料再燃烧技术采用的是另一个思路，即煤粉先经过完全燃烧，生成NO x，然后现利用燃料中的还原性物质将其还原，从而减少NO x排放。与空气分级燃烧技术类似，燃料再燃烧技术有通过燃烧器实现燃料分级和炉膛内燃料再燃两类。
① 通过燃烧器实现燃料分级。燃料分级燃烧器原理就是在燃烧器内将燃料
分级供入，使一次风和煤粉入口的着火区在富氧条件下燃烧，提高了着火的稳定
低氮分级燃烧技术 一.低NO x优化燃烧技术的分类及比较 为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NO、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉脱氮，另一类是尾部脱氮。 1.1炉脱氮 炉脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NO x的生成，又称低NO x 燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉脱氮技术的比较。 表2
1.2尾部脱氮 尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NO x排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。 催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将NO x还原为无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高，且需消耗氨和燃料，但由于对NO x效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用，催化还原法可分为选择性非催化还原法和选择性催化还原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。 液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的NO x。该法工艺简单，能够以硝酸盐等形式回收N进行综合利用，但是吸收效率不高。 吸附法是用吸附剂对烟气中的NO x进行吸附，然后在一定条件下使被吸附的NO x脱附回收，同时吸附剂再生。此法的NO x脱除率非常高，并且能回收利用。但一次性投资很高。 炉脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NO x燃烧技术是降低燃煤锅炉NO x排放最主要也是比较成熟的技术措施。一般情况下，这些措施最多能达到50%的脱除率。当要进一步提高脱除率时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NO x排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。 根据我国发展现状和当前经济实力还不雄厚的国情，以及相对宽松的国家标准CB13223一2003，在今后相当长一段时间，我国更适合发展投资少、效果也比较显著的炉脱氮技术。即使采用烟气净化技术，同时采用低NO x燃煤技术来控制燃烧过程NO x的产生，以尽可能降低化设备的运行和维护费用。
一、预混燃烧的基本介绍 1.贫燃预混燃烧的介绍 贫燃预混燃烧是在保证燃料充分燃烧的情况下，增大空气的供给量，从而降低燃烧 室的温度，满足较低的污染物排放标准（可以做到低NOx的排放）。但是与常规的扩散燃烧技术相比，贫燃预混燃烧是在偏离正常化学当量比下进行的，这就会产生燃烧的不稳定性（主要包括回火以及振荡燃烧），严重阻碍了贫燃预混燃烧技术的发展。 维持贫燃预混燃烧室内的正常燃烧，其关键就在于避免火焰的吹熄与振荡燃烧。 火焰吹熄现象是因为燃烧室内当量比被控制在接近贫燃熄火极限，以便尽量降低火焰温度以及的排放，而在这种燃烧状况下，火焰传播速度很低，在相对高速的火焰流场中，会导致火焰的熄灭现象，这种现象发生的时间很短，被称为静态不稳定。 因此要避免火焰吹熄，维持预混火焰的稳定燃烧，关键就在于保持火焰燃烧速度与流场速度的平衡，可从以下两种方法着手：①提高燃烧速度；②降低燃气供给速度。提高燃烧速度可使用端流产生器提高火焰瑞流强度，而降低燃气平均速度可以通过减少燃气供给做到，但是燃机的总效率也会下降，通常采用在燃烧室内安装钝体稳焰器或在燃烧室避免加工凹槽形成局部低速区域，使火焰燃烧速率与流场速率均衡，以便维持火焰的燃烧。另外除上述方法外，旋流因为其特殊的流动特性，也常用于稳定湍流火焰。 预混燃烧的不稳定受燃料种类、进气温度、燃料一空气过量空气系数、燃烧室几何参数、燃烧室温度以及压力等众多参数的影响。 按压力振荡频率可将燃烧不稳定分为：低频振荡、中频振荡、高频振荡。按照压力振荡涉及的燃烧系统部件可以将其定义为三类：燃烧系统不稳定、燃烧室腔体不稳定以及固有燃烧不稳定。根据燃烧系统内不同扰动间的相互关系，可将燃烧不稳定分为受迫燃烧不稳 定和自激燃烧不稳定，也可称为受迫振荡和自激振荡。 二、国内外研究现状及进展 Lieuwen等人对预混燃烧室内的燃烧不稳定性进行了理论和实验研宄，将预混燃烧室分为进口区域、燃烧区域以及燃烧产物区域三个部分，用“完全撞拌反应器”模型（WSR）对当量比波动引起燃烧热释放波动的机理进行了描述和分析。 Hirsch等人对旋流预混燃烧进行了研究并建立了火焰模型，流场模型结果如图1所示，将涡方程加入到火焰模型中，提出了一种新的预混旋流火焰的火焰传递函数描述方法，可以描述不同类型旋流燃烧室传热规律，并解释了热释放脉动与速度脉动间的关系。 Russ等人对预混旋流燃烧的火焰模型进行了研究，分析了燃气温度、燃气混合当量比波动以及燃烧室压力脉动等因素与燃烧热释放脉动之间的关系，提出了稳定燃烧的范围。Cohen和Anderson以贫燃预混燃烧室为对象进行了实验研究。研究发现：预混气体当量比
低氮燃烧的原理
氮氧化物的生成与温度有密切的关系，一般火焰温度越高，氮氧化物的生成越多，反之亦然，这也是流化床炉得以环保的原因之一。低氮燃烧器一般把一次风分成浓淡两股，浓相在内，更靠近火焰中心；淡相在外，贴近水冷壁。浓相在内着火时，火焰温度相对较高，但是氧气比相对较少，故生成的氮氧化物的几率相对减少；淡相在外，氧气比相对较大，但由于距火焰高温区域较远，温度相对较低，故氮氧化物的生成也不会很多。 根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面：降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。 简介：用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。 关键字：燃烧条件 NOx NOx燃烧技术低NOx燃烧器 用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。 目前主要有以下几种： 1 低过量空气燃烧
使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15－20%。但如炉内氧浓度过低（3%以下），会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。 2 空气分级燃烧 基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。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"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。 这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可*性，必须正确组织空气分级燃烧过程。
火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化调整孙光奇 发表时间：2020-01-14T11:29:06.207Z 来源：《基层建设》2019年第28期作者：孙光奇朱少春 [导读] 摘要：随着我国经济的不断发展，人民对于电力资源的需求愈加严重，尤其是在当今社会发展阶段中，电力资源已经是充斥了我们生活每一个角落，可以不夸张的说，小到生活日常所需，大到科技发展，社会进步都离不开电力资源的支撑。 济南锅炉集团有限公司 摘要：随着我国经济的不断发展，人民对于电力资源的需求愈加严重，尤其是在当今社会发展阶段中，电力资源已经是充斥了我们生活每一个角落，可以不夸张的说，小到生活日常所需，大到科技发展，社会进步都离不开电力资源的支撑。就以当前我国的科技水平来说，其火力发电还是主要产电方式。虽然其火力发电产出的电力资源相当可观，但是该类产电方式对环境的污染较为严重，有时会达到一个无法接受的程度。对此，为满足国家的可持续发展道路，就要相应的实施火电厂锅炉低氮燃烧改造，从根本上解决火电厂的污染问题。本文就以火电厂锅炉低氮燃烧改造和运行优化进行探讨。 关键词：火电厂；锅炉；低氮改造；运行优化 1火电厂锅炉低氮改造重要性 目前，我国的主要发电类型就是火力发电，其它的发电方式产出效率较为低下，还不足以满足我国如此庞大的人口用电所需，而核能发电则是因为科技还不够完善，目前还存在些许的问题。因此，火力发电仍然是我国现阶段的主要供电来源。但是其火力发电的污染较为严重，需要相应的引入新技术，在这种情况下，低氮燃烧改造技术应势而生，将低氮燃烧技术良好的应用于火电厂锅炉发电进程中，可以有效的减少锅炉的烟气排放量，加强烟气净化系统，降低循环流化床锅炉的烟气产生量，极大的解决烟气排放所导致的一系列环境污染问题。为顺应当代可持续发展观念，同时还要满足我国十几亿人口的用电所需，就要对低氮燃烧改造技术的应用重视起来，并相应的加大对该技术的研究力度。 2火电厂锅炉运行优化的重要性和影响因素 2.1锅炉运行优化的重要性 作为火电厂的重要组成部分，锅炉运行的好坏直接影响着火电厂的整体运行效果。进行锅炉系统的全面优化可以帮助火电厂解决多种问题，主要表现为：降低了氮氧化物、飞灰含碳量等；在一定程度上改进了减温水量、热效率、煤耗等；有利于过热器与再热器超温和受热面结焦结渣的控制。另外，锅炉运行的优化可以实现锅炉各组成部分的协调控制，并可以发现和挖掘锅炉更多的空间。 2.2影响锅炉运行优化的因素 在锅炉运行过程中存在很多影响因素，为了提高锅炉的利用率和运行效率，应对锅炉的运行方式进行调整，有效减少各种损失，同时还应在一定程度上提高蒸汽的参数，从而降低锅炉的排污量与减温水量。对于运行中的锅炉来说，其热损失主要来自未充分燃烧和排烟两方面。其中，未充分燃烧是指燃料在锅炉内没有完全燃烧，没有发挥全部的热能而造成热损失。而排烟热损失的影响因素有很多，主要包括：受热面积积灰和结渣，其原因是锅炉在运行过程中，预热器、炉膛和烟道等处的受热面容易出现积灰，从而影响排烟造成热损失；漏风问题，其主要出现在制粉系统、炉膛、烟道等处，当发生漏风时会直接增加排烟热损失，另外，排烟温度会随着炉膛漏风系数的增大而升高，进而造成排烟热损失增加；外界因素影响，即入炉煤的成分、空气预热器入口的温度等因素的影响，煤成分的大小影响着炉膛内燃烧程度，如果煤质不好导致燃烧不充分，会增加烟气量，导致排烟热损失增大。 3火电厂锅炉低氮燃烧改造优化 3.1火电厂锅炉燃烧改造 因为目前的中国科技技术还达不到全面实现核能产电，因此，其主要发电方式仍为火电厂发电，为解决其环境污染问题，就要相应的应用低氮化燃烧改造技术，使得我国的火电厂发电走向可持续发展道路。其低氮化燃烧改造的核心就是使用垂直煤粉超浓缩分离技术，将传统的燃烧方式升级为立体分级燃烧方式。在实际的改造过程当中，需要将原锅炉中的燃烧器进行重新改进和布局，全面更换为低氮燃烧器、其煤粉喷嘴换为上下摆动结构并且垂直浓淡分离，以达到提升低氮燃烧器的烧热效率和降低NOx排放量的目的。 3.2火电厂低氮燃烧运行优化 将传统燃烧器全面更换为低氮燃烧器后，需要进行相应的优化工作，以达到全面保证锅炉的正常运作的同时提高其电能产出率，扩大火电厂经济效益，减小汽温和两侧烟温的差距。目前我国所常用到的火电厂低氮燃烧运行优化措施大致分为调整摆角和燃尽风；调整一次风、二次风、周界风；调整炉膛氧量；调整煤粉细度等几个措施。 调整摆角和燃尽风指在汽温较高的情况下，适当的降低燃烧器摆角并且优化燃尽风，可以有效降低含氧量，适当上部燃烧率升高，明显提高其低氮燃烧效率。 调整一次风、二次风、周界风指通过实现二次风组合适当将主燃烧区实现低氧燃烧，结合相应的参数进行实际调整，通过实际的低氮燃烧情况进行更加适合的调整二次风工作。调整炉膛氧量指将炉膛中的含氧量控制在2.5％-3.5％之间，可以明显达到降低NOx排放量的作用，还可以保证锅炉长期维持一个良好的工作效率状况。 调整煤粉细度则是对分离器挡板进行适当调整，使得其变小，降低煤粉细度，最终使得煤粉燃烧更加充分，可以有效防止由于低氧环境而导致温度超标使得受热面超温的情况发生，可以提高其锅炉运作的安全稳定性。 4探析锅炉运行的优化措施 4.1关于优化锅炉设备本体 近些年以来，很多电厂锅炉逐渐增大了异常运行的概率，其中根源就在于较长的锅炉投产年限。在现有的锅炉异常现象中，较为典型的就是磨煤机出现卡涩、过热器脱落氧化皮、较高的脱硫风机能耗以及其他运行故障。经过全方位的燃烧技术转型与技术优化后，锅炉本体设备将会达到更好的运行性能指标。火力发电厂具体在改造现有的锅炉设备时，关键措施在于同步控制锅炉系统目前的耗电量以及系统运行阻力，确保实现显著降低的系统耗电比例，提升锅炉装置现有的系统阻力。并且针对挡板频繁出现卡涩的情况来讲，重点应当关注优化现有的磨煤机系统，以便于灵活调节分离器。 4.2关于优化现有的锅炉运行方式 实质上，锅炉运行方式决定于较多的锅炉燃烧因素，其中典型因素就在于煤质因素。锅炉燃烧效率在根本上决定于煤质的改变，并且
低氮燃烧器运行调整探讨 0绪论 根据锅炉烟气氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面：降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。 在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。目前主要有以下几种形式：低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环。空气分级低氮燃烧技术是目前应用最广泛的低NOx燃烧技术，其主要原理是将燃烧所需的部分空气，一般称之为“分离燃尽风（SOFA）”，从炉膛上部送入，使锅炉的主燃烧器区域处于还原性气氛并在主燃烧器与SOFA燃烧器之间形成一段“还原区”，抑制NOx的生成并还原已生成的NOx，降低锅炉氮氧化物的排放。采用空气分级低NOx燃烧技术改造之后，炉膛的温度场分布将会发生较大变化，主要表现为主燃区温度降低，火焰中心上移。我公司低氮燃烧器改造也主要采用了空气分级技术。1低氮燃烧器对锅炉运行的影响 从很多电厂低氮燃烧器改造情况来看，普遍存在汽温（尤其是再热汽温）偏低，飞灰可燃物偏大的情况。主要受影响因素是锅炉的设
计情况及燃用煤质。通过燃烧调整、二次风配比、SOFA风配比，部分厂汽温参数基本达到了设计值，飞灰可燃物有明显降低。 低氮燃烧器改造后，炉内温度场的变化将会对炉膛出口烟温及汽温特性产生较大影响。这主要表现在以下两个方面： 1）纯从燃烧角度来讲，锅炉采用空气分级低氮燃烧技术改造之后，燃烧延迟，火焰中心上移，炉膛出口烟温上升，锅炉的过热汽温、再热汽温上升。 2）锅炉采用空气分级低氮燃烧技术改造之后，主燃区的温度下降较多，炉内温度分布更加均匀。水冷壁的沾污结渣情况会有很大改善，炉内水冷壁吸热增强，炉膛出口烟温下降，锅炉的过热汽温、再热汽温下降。 锅炉低氮燃烧改造之后的汽温特性变化情况主要受以上两个因素影响，哪个因素的影响占主导地位主要取决于锅炉的设计情况及燃用煤质情况。 从各厂空气分级低氮燃烧器运行情况来看，采用设计煤种，随着分离燃尽风（SOFA）风量的增加，主燃区过量空气系数降低，过热器温升、再热器温升均有较大增加。 2我公司低氮燃烧器的运行调整 我公司低氮燃烧器投运以来，主要问题有汽温偏低及甲乙侧汽温偏差大、飞灰可燃物偏大。从运行调整情况来看，建议从以下方面考虑：
YF-ED-J8353 可按资料类型定义编号 燃气燃烧方法——部分预混式燃烧实用版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
燃气燃烧方法——部分预混式燃 烧实用版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 燃气燃烧时，一次空气过剩系数α′在0～ 1之间，预先混入了一部分燃烧所需空气，这种 燃烧方法称为部分预混式燃烧或大气式燃烧。 一、部分预混层流火焰 产生部分预混层流火焰的典型装置就是本 生灯。如图3—4—6，燃气从本生灯下部小口喷 出，井引射入一次空气，在管内预先混合，预 混后的气体自灯口喷出燃烧，产生圆锥形的火
焰，周围大气亦供给部分空气，称为二次空气，通过扩散与一次空气未燃尽的燃气混合燃烧。 这样，在正常燃烧时形成两个稳定的火焰面：内火焰面，即由燃气与一次空气预混合后燃烧而产生。为圆锥形，呈蓝绿色，强而有力，温度亦商，为部分预混火焰，也称为蓝色锥体；外火焰面，是二次空气与一次空气未燃尽的燃气进行的扩散混合燃烧，其形状也近似圆锥形，呈黄色，软弱无力，温度较低，这是扩散火焰。 蓝色的预混火焰锥体出现是有条件的。若燃气／空气混合物的浓度大于着火浓度上限，火焰就不可能向中心传播，蓝色锥体就不会出现，而成为扩散式燃烧。若混合物中燃气的浓
氮氧化物的生成与温度有密切的关系，一般火焰温度越高，氮氧化物的生成越多，反之亦然，这也是流化床炉得以环保的原因之一。低氮燃烧器一般把一次风分成浓淡两股，浓相在内，更靠近火焰中心；淡相在外，贴近水冷壁。浓相在内着火时，火焰温度相对较高，但是氧气比相对较少，故生成的氮氧化物的几率相对减少；淡相在外，氧气比相对较大，但由于距火焰高温区域较远，温度相对较低，故氮氧化物的生成也不会很多。 根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面：降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。 简介：用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。 关键字：燃烧条件NOx燃烧技术低NOx燃烧器 用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。
目前主要有以下几种： 1 低过量空气燃烧 使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15－20%。但如炉内氧浓度过低（3%以下），会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。 2 空气分级燃烧 基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。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"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
全预混空气燃烧方法的技术条件 杨波120121605 摘要以全预混空气燃烧为研究对象，采用实验研究的方法，得出实验结论，研究结果表明全预混空气燃烧方法的技术条件为三个,天然气是一种公认的清洁、高效、优质能源，在化工、电力、城市燃气等工业和民用领域正得到广泛的应用。随着西气东输全面实施，我国的天然气工业将进入一个快速发展阶段。然而天然气燃烧热之高，污染排放物少，但是在正常的燃烧条件下仍排放大量的NO X、CO以及SO2.研究表明，天然气催化燃烧技术不仅可以提高燃烧率，而且可以有望从根本上改善天然气燃烧的污染物排放问题。 关键词全预混空气大气式燃烧 0引言 我国经济快速增长,各项建设取得巨大成就,但也付出了巨大的资源和环境代价,经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,环境污染问题反应强烈。节能减排势在必行。建设资源节约型和环境友好型社会的主体,应从多方面着手,积极主动开展工作,全面完成各项节能减排任务,促进能源与环保协调发展,走可持续发展的新型工业化道路，因此必须采用清洁能源。 1燃气燃烧方法发展趋势 人们是从扩散燃烧现象发现气体燃料(天然气)的。开始人们还以为是神火而顶礼膜拜，形成所谓“拜火教”。我国是世界公认的利用天然气最早的国家。早在公元前250 年我们的祖先在四川就知道用天然气的扩散燃烧方法煮盐。后来过了2000多年，被称为“燃气工业之父”的苏格兰工程师默克多才用焦炉气的扩散火焰来照明。当时在181 3年新年除夕之夜，在英国的惠斯顿大桥上两排燃气灯一起照明，结束了靠蜡烛、油灯照明的日子。这也是当时科技界辉煌的成就。燃气灯照明的好景并不常，当爱笛生发明了电白炽灯后，燃气灯几经全力与电竞争照明市场。结果无论在技术上，还是在经济上都竞争不过电白炽灯。在市场经济规律的驱使下，燃气灯不得不让出绝大部分的照明市场。后来还是大气式燃烧的本生火焰为燃气指出了向热能方向发展的道路。由于大气式燃烧方法使燃气燃烧比较完全，易点火，污染少，使用简单，来源充足，价格便宜，运送方便，结果逐步代替了煤，成为城市三大能源之一。随着技术的发展与人们对环境的要求越来越高，人们发现大气式燃烧方法有许多不可避免的缺点，国内外燃气工作者开始进一步研究全一次空气预混燃烧方法及适应这种燃烧方法的燃具。本文目的在介绍各种燃烧方法的特点的基础上，重点论述全预混空气燃烧方法主要特点及这种燃烧设备所需的技术条件。2 扩散式燃烧方法 这是一种最简单的燃烧方法。在燃烧以前，燃气与空气不混合，燃气自火孔流出后，靠扩散与空气混合燃烧。这种燃烧方法有简单，容易点火，不会回火，燃烧稳定，燃具结构简单等优点。但是对于需要空气多的高热值燃气(天然气、液化石油气)，靠层流扩散是达不到完全燃烧的要求的，具体的缺点是烟气中CO含量比较高，燃具的体积比较大。为此所有的民用燃具大部分淘汰了扩散式燃烧方法。但是，层流扩散式燃烧方法也有其不可忽视的优点。例如这种燃烧方法的稳定性比较高，没有回火，不容易离焰。由于在燃烧过程中温度不高，氧气浓度低，所以没有产生NOx的条件，其燃烧产物中几乎没有NOx。相反在这种条件下，CO却容易产生。为此在采用这种燃烧方法时必须充分考虑有足够的燃烧空间。目前我国还有不少使用低热值人工燃气的地区，如果采用大气式燃烧方法火焰达不到稳定时，可以考虑采用扩散式燃烧方法。 强制鼓风扩散燃烧方法多用于工业炉上的工业燃烧器。采用这种燃烧方法需要合理地组织空气与燃气混合，避免产生大量的NOx与CO。 3 部分预混空气(大气式)燃烧方法 预先混入部分空气的大气式燃烧方法与扩散式燃烧方法相比有燃烧完全、火焰短、热强度大的优点。但是这种燃烧方法有回火的可能，也会离焰与
低氮燃烧技术 1 水泥窑炉系统NO X形成机理大致介绍 2 现有低氮燃烧技术大致介绍 3 低氮燃烧技术的效果 4 改变燃料物化性能 5 提高生料易烧性 6、新型干法水泥应对脱硝的相应措施 1、水泥窑炉系统NO X形成机理大致介绍 1.1NO X的生成机理 窑炉内产生的NO X主要有三种形式，高温下N2与O2反应生成的热力型NO X、燃料中的固定氮生成的燃料型NO X、低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬时型NO X. 1.2热力型NO X：由于是燃烧反应的高温使得空气中的N2与O2直接反应而产生的，以煤为主要燃料的系统中，热力型NO X为辅。 一般燃烧过程中N2的含量变化不大，根据泽里多维奇机理，影响热力型NOX 生成量的主要因素有温度、氧含量、和反应时间。 热力型NOX产生过程是强的吸热反应，温度成为热力型NOX生成最显著影响因素。研究显示，温度在1500K以下时，NO生成速度很小，几乎不生成热力型NO，1800K以下时，NO生成量极少，大于1800K时，NO生成速度每100K约增加6-7倍。 温度在1500K以上时，NO2会快速分解为NO，在小于1500K时，NO将转变为NO2,一般废气中NO2占NO X的5-10%，排入大气中NO最终生成NO2，所以在计算环境影响量时，还是以NO2来计算。 可以说，窑炉内的温度及燃烧火焰的最高温度是影响热力型NO X生成量的一个重要指标，也最终决定了热力型NO X的最大生成量。因此，在窑炉设计中，尽量降低窑炉内的温度并减少可能产生的高温区域，特别是流场变化等原因而产生的局部高温区。燃烧器设计中，要具备相对均匀的燃烧区域来保证燃料的燃烧，降低火焰的最高温度。这些都是有效降低热力型NO X的有效办法。
第十五章预混燃烧模拟FLUENT有一个预混湍流燃烧模型，基于反应过程参数方法。有关这一模型的内容按以下节次给出： ●15.1 概述和限制 ●15.2 预混燃烧模型 ●15.3 使用预混燃烧模型 15.1 概述和限制 15.1.1 概述 在预混燃烧中，燃料和氧化剂在点火之前进行分子级别的混合。火焰前锋传入未燃烧的反应物产生燃烧。预混燃烧的例子有吸气式内燃机，稀薄燃气轮机的燃烧器，气体泄露爆炸。 预混燃烧比非预混燃烧更难以模拟。原因在于（亚音速）预混燃烧通常做为薄层火焰产生，并被湍流拉伸和扭曲。火焰传播的整体速率受层流火焰速度和湍流涡旋控制。层流火焰速度由物质和热量逆流扩散到反应物并燃烧的速率决定。为得到层流火焰速度，需要确定内部火焰结构以及详细的化学动力学和分子扩散过程。由于实际的层流火焰厚度只有微米量级或更小，求解所需要的开销是不可承受的。 湍流的影响是使传播中的层流火焰层皱折、拉伸，增加了薄层的面积，并因此提高了火焰速度。大的湍流涡使火焰层皱折，而小的湍流涡，如果它们比层流火焰的厚度还小，将会穿过火焰层并改变层流火焰结构。 与之相比，非预混燃烧可以极大地简化为一个混合问题（例如，14.1节中介绍的混合物组分方法）。预混燃烧模拟的要点在于捕获湍流火焰速度，它受层流火焰速度和湍流的影响。 在预混火焰中，燃料和氧化剂在进入燃烧设备之前已经紧密混合。反应在燃烧区发生，这一区域将未燃烧的反应物和燃烧产物隔开。部分预混火焰具有预混和扩散火焰两方面的性质。它们发生在有额外的氧化剂或燃料气流进入预混系统，或是当扩散火焰离开燃烧器以在燃烧前产生某些预混的情况。 预混和部分预混火焰FLUENT的有限速率公式(见13章)模拟。还可以参阅16章了解更多有关FLUENT部分预混燃烧模型方面的信息。如果火焰是完全预混合的，则只有一股具有单一混合比的气流进入燃烧器，可以使用预混燃烧模型。 15.1.2 限制 在使用预混燃烧模型时有以下限制： ●必须使用非耦合求解器。预混燃烧模型在两种耦合求解器中都不能得到。 ●预混燃烧模型只对湍流、亚音速模型有效。这一类型的火焰成为爆燃。在爆炸中， 可燃混合物被冲击波后面的热量点燃，这一类型的燃烧可以使用非耦合和耦合求解 器用有限速率模型模拟。有关限速率模型见13章。 ●预混燃烧模型不能和污染物（如碳烟和NOx）模型一起使用。但完全预混系统可以 用部分预混模型（见16章）模拟。 ●不能用预混燃烧模型模拟反应的离散相粒子。只有惰性粒子可以使用预混燃烧模 型。 15.2 预混燃烧理论 湍流预混燃烧模型基于Zimont等人的工作[275，276，278]，涉及求解一个关于反应过
海螺白马山低氮分级燃烧技术脱氮效率达30% 纯阅读来源：安徽海螺集团白马山水泥厂崔少俊发布日期：2015-01-20 通过对缩口尺寸、撒料板角度、分解炉燃烧器角度、新增三次风管尺寸等关键部位数据进行技改后，经过分级燃烧脱氮和精细化操作的摸索，现生产线产量稳定，质量受控，脱氮效率达到30％以上，达到了明显的环保减排目的。 摘要：通过对缩口尺寸、撒料板角度、分解炉燃烧器角度、新增三次风管尺寸等关键部位数据进行技改后，经过分级燃烧脱氮和精细化操作的摸索，现生产线产量稳定，质量受控，脱氮效率达到30％以上，达到了明显的环保减排目的。 0 前言 为响应《国家环境保护“十二五”规划》中把氮氧化物降低10％的“十二五”目标值，2012年12月26日，海螺(295.04元/吨，-0.14%)集团白马山水泥厂5000t／d生产线脱氮技改项目正式启动，于2013年1月11日改造结束。 技改前，我公司参与了优化设计；技改过程中，则进行实时跟踪监控，严格按图纸施工，以确保技改后缩口尺寸、撒料板角
度、分解炉燃烧器角度、新增三次风管尺寸等关键部位数据与图纸相符合。技改后，经过分级燃烧脱氮和精细化操作的摸索，现生产线产量稳定，质量受控，脱氮效率达到30％以上，达到了明显的环保减排目的。 1 技改方案 白马山5000t／d新型干法线的窑尾系统采用了GDC预热分解系统。如何保持和发挥CDC预热分解的优势，同时又充分满足低氮分级燃烧的需求，成为技改的关键。图1为CDC分解炉脱氮改造示意图。 水泥熟料生产过程中，燃料燃烧产生的NOx，主要由燃料型NOx、热力型NOx，两种类型。其中燃料型NOx是由燃料和原料中的氮氧化物反应生成；热力型NOx主要是由在温度高于1 500℃时，空气中的N2和O2反应而生成。回转窑中烧成带火焰温度高达1 500℃以上，除产生燃料型NO X外，大量助燃空气中的氮在高温下被氧化产生大量的热力型NOx。分解炉
各种全预混燃烧冷凝热水锅炉特点对比表 市场上全预混冷凝热水锅炉较多，其燃烧方式均采用全预混式燃烧，产品的主要区别主要是锅炉本体材质和结构上的不同，分类如下： （1）【硅铝镁合金材质】铸造、组合、吸热椎逆流式冷凝结构；代表产品：卡吉斯.康丹森\CGCB崇光\蒂洛普等 （2）【不锈钢材质】焊接式、直管或盘管或回程式冷凝结构；代表产品：威博特\玛斯特\欧科\依奇等 （3）【不锈钢和铝合金负荷管材质】焊接式、直管式冷凝结构；代表产品：皓欧等 （4）【铜翅片管材质】焊接式、直流式结构；代表产品：史密斯\裂骑\康玛斯等 比较项目全预混、硅铝镁合金全预混、不锈钢全运混、钢铝复合管全预混、铜翅片 1.材质强度硅铝镁合金 强度高不锈钢 强度高 钢铝复合 强度高 铜翅片 强度一般 2.导热性好 纯铝：236/M.℃ 铝合金：162/M.℃ 一般 纯铁：81.1/M.℃ 碳钢：49.8/M.℃ 一般 纯铁：81.1/M.℃ 碳钢：49.8/M.℃、铝合金：162/M.℃ 较好 纯铜：398W/M.℃ 黄铜：109M.℃ 3.耐腐蚀性耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀不耐腐蚀 4.冷凝结构铸造一体组合 导热椎、逆流换热 焊接 直管或盘管或回程结构 复合、焊接 直管或回程结构 挤压翅片、焊接 直流式结构 5.冷凝效果好 （全冷凝型） 一般 （全冷凝型和近冷凝型） 一般 （全冷凝和近冷凝型） 一般 （近冷凝型为主） 6.本体尺寸最小 （材质导热性好） 较大 （材质导热性差） 较大 （材质导热性一般） 较大 （材质导热性好） 7.焊口开裂或符合管开裂现象无经常开裂 导热性差，受热面热聚集、钢材 形变加大、反复冲击焊口 开裂现象 钢铝复合管，导热系数和膨胀系数差 异，复合管分层开裂。 无 但有烧塌现象 8.水流平衡较好 （单体功率大，组合少） 较差 （单体小，组合巨大） 较好 （单体功率大，组合少） 较好 （单体功率大，组合少） 综合结论/建议最佳/首选——————
低氮燃烧技术 Prepared on 24 November 2020
燃煤锅炉的低NO x燃烧技术NO x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，NO x生成物主要是NO和NO2，其中尤以NO是最为重要。实验表明，常规燃煤锅炉中NO生成量占NO x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的生成和抑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，NO x即可以理解为NO和NO2。 一、燃煤锅炉NO x的生成机理 根据NO x中氮的来源及生成途径，燃煤锅炉中NO x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。试验表明，燃煤过程生成的NO x中NO 占总量的90%，NO2只占5%～10%。 1、热力型NO x 热力型NO x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应，又称为捷里多维奇（Zeldovich）机理 →(3-1) O O2 2 O+ + → N N NO (3-2) 2 → N+ + NO O O (3-3) 2 如考虑下列反应 → +(3-4) N+ OH NO H 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NO x生成。但随着温度的升高，根据阿仑尼乌斯（Arrhenius）定律，化学反应速率按指数规律迅速增加。实验表明，当温度超 过1200℃时，已经有少量的NO x生成，在超过1500℃后，温度每增加100℃，反应速率将增加6～7倍，NO x的生成量也有明显的增加，如图3-1所示。 但总体上来说，热力型NO x的反应速度要比燃烧反应慢，而且温度对其生 成起着决定性的影响。对于煤的燃烧过程，通常热力型NO x不是主要的，可以
低氮分级燃烧技术介绍 Prepared on 22 November 2020
低氮分级燃烧技术 一.低NO x优化燃烧技术的分类及比较 为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NO、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。 炉内脱氮 炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NO x的生成，又称低NO x燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉内脱氮技术的比较。 表2
尾部脱氮 尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NO x排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。 催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将NO x还原为无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高，且需消耗氨和燃料，但由于对NO x效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用，催化还原法可分为选择性非催化还原法和选择性催化还原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。 液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的NO x。该法工艺简单，能够以硝酸盐等形式回收N进行综合利用，但是吸收效率不高。 吸附法是用吸附剂对烟气中的NO x进行吸附，然后在一定条件下使被吸附的NO x脱附回收，同时吸附剂再生。此法的NO x脱除率非常高，并且能回收利用。但一次性投资很高。 炉内脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NO x燃烧技术是降低燃煤锅炉NO x排放最主要也是比较成熟的技术措施。一般情况下，这些措施最多能达到50%的脱除率。当要进一步提高脱除率时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NO x排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。 根据我国发展现状和当前经济实力还不雄厚的国情，以及相对宽松的国家标准CB13223一2003，在今后相当长一段时间内，我国更适合发展投资少、效
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920634893.3 (22)申请日 2019.05.06 (73)专利权人 森诺科技有限公司 地址 257000 山东省东营市东营区黄河路 721号森诺胜利大厦 专利权人 森诺技术有限公司 (72)发明人 姜传胜 张霞 耿建辉 周志刚 尤晓卉 王艳宁 黄靖 王春岚 王琦 (74)专利代理机构 青岛高晓专利事务所(普通 合伙) 37104 代理人 张清东 (51)Int.Cl. F23D 14/04(2006.01) F23D 14/46(2006.01) F23D 14/58(2006.01)F23D 14/68(2006.01) (54)实用新型名称一种带隔舱低氮燃烧器的全预混燃烧头(57)摘要一种带隔舱低氮燃烧器的全预混燃烧头，包括燃烧头壳体，燃烧头壳体与混合气整流器连通，混合气整流器通过螺栓与变频风机出风口连接，在混合气整流器和变频风机连接端均设置有连接法兰，变频风机的进风管连接有文丘里混合阀，文丘里混合阀的另一端连接有空气过滤器，在文丘里混合阀的一侧还通过管道连接有燃气控制阀，燃气头壳体为圆形结构，在燃气头壳体内设置有与燃气头壳体同轴安装的隔板，隔板与混合气整流器上的固定板连接，隔板圆周均匀设置在燃烧头壳体内部将燃烧头内腔均匀隔开，该燃烧器的前端燃烧头内部分开设置的多个燃烧仓，实现燃烧器内部燃气混合后不出现旋流现象，燃烧均匀充分，避免了由于燃烧不均匀造成 的燃烧器的损坏。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 210267213 U 2020.04.07 C N 210267213 U
文件编号：TP-AR-L5207 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 燃气燃烧方法——部分 预混式燃烧(正式版)
燃气燃烧方法——部分预混式燃烧 (正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 燃气燃烧时，一次空气过剩系数α′在0～1之 间，预先混入了一部分燃烧所需空气，这种燃烧方法 称为部分预混式燃烧或大气式燃烧。 一、部分预混层流火焰 产生部分预混层流火焰的典型装置就是本生灯。 如图3—4—6，燃气从本生灯下部小口喷出，井引射 入一次空气，在管内预先混合，预混后的气体自灯口 喷出燃烧，产生圆锥形的火焰，周围大气亦供给部分
空气，称为二次空气，通过扩散与一次空气未燃尽的燃气混合燃烧。 这样，在正常燃烧时形成两个稳定的火焰面：内火焰面，即由燃气与一次空气预混合后燃烧而产生。为圆锥形，呈蓝绿色，强而有力，温度亦商，为部分预混火焰，也称为蓝色锥体；外火焰面，是二次空气与一次空气未燃尽的燃气进行的扩散混合燃烧，其形状也近似圆锥形，呈黄色，软弱无力，温度较低，这是扩散火焰。 蓝色的预混火焰锥体出现是有条件的。若燃气／空气混合物的浓度大于着火浓度上限，火焰就不可能向中心传播，蓝色锥体就不会出现，而成为扩散式燃烧。若混合物中燃气的浓度低于着火浓度下限，则该混合气根本不可能燃烧。氢气燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围相当大，而甲烷和其它碳氢化合
16.部分预混燃烧的模拟 FLUENT提供了一个模拟部分预混燃烧的模型，它是基于14章讲述的非预混燃烧模型和15张讲述的预混燃烧模型的。关于部分预混燃烧模型按以下章节介绍： 16.1概述和局限 16.2理论 16.3使用部分预混模型 16.1概述和局限 16.1.1概述 部分预混燃烧系统，是带有不均匀燃料——氧化剂的混合物的预混燃烧火焰。这种部分预混火焰的情形如，预混的混合物喷射到静止的大气中，带有扩散引导火焰或者冷却气喷嘴的贫油预混燃烧，以及不完整的混合进口的贫油预混燃烧室。 FLUENT提供的部分预混模型是非预混模型（14章）和预混模型（15章）的简单结合。预混反应进度变量c，决定火焰前锋的位置。在焰锋后（c＝1），混合物是燃尽的，所以采用平衡或者…..的求解方案；在焰锋（c＝0）前，组份质量分数、温度、密度通过未燃烧混合物计算。火焰内部（0 燃煤锅炉的低NO x 燃烧技术 NO x 是对N 2O 、NO 2、NO 、N 2O 5以及PAN 等氮氧化物的统称。在煤的燃烧过程中，NO x 生成物主要是NO 和NO 2，其中尤以NO 是最为重要。实验表明，常规燃煤锅炉中NO 生成量占NO x 总量的90%以上，NO 2只是在高温烟气在急速冷却时由部分NO 转化生成 的。N 2O 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N 2O 的生成和抑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，NO x 即可以理解为NO 和NO 2。 一、燃煤锅炉NO x 的生成机理 根据NO x 中氮的来源及生成途径，燃煤锅炉中NO x 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。试验表明，燃煤过程生成的NO x 中NO 占总量的90%，NO 2只占5%～10%。 1、热力型NO x 热力型NO x 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应，又称为捷里多维奇（Zeldovich ）机理 O O 22 (3-1) (3-2) N → + NO O+ N 2 (3-3) + → NO O O N+ 2 如考虑下列反应 → N+ +(3-4) OH NO H 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NO x生成。但随着温度的升高，根据阿仑尼乌斯（Arrhenius）定律，化学反应速率按指数规律迅速增加。实验表明，当温度超过1200℃时，已经有少量的NO x生成，在超过1500℃后，温度每增加100℃，反应速率将增加6～7倍，NO x的生成量也有明显的增加，如图3-1所示。 但总体上来说，热力型NO x的反应速度要比燃烧反应慢，而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NO x不是主要的，可以不予考虑。一般来说通过降低火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区的停留时间可以抑制热力型NO x的生成。 2、快速型NO x 快速型NO x中的氮的来源也是空气中的氮，但它是遵循一条不同于捷里多维奇机理的途径而快速生成的。其生成机理十分复杂，如图3-2所示。 通常认为快速型NO x是由燃烧过程中的形成活跃的中间产物CH 与空气中的氮反 i 应形成HCN、NH和N等，再进一步氧化而形成的。在煤的燃烧过程中，煤炭挥发分低氮燃烧技术
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