论超低NOX燃烧器的发展趋势

谈寅

【摘 要】本文主要讲述了超低NOX燃烧器的发展历程和超低NOX燃烧器的技术。NOX是加热炉排放的主要污染物之一，NOX对环境的危害主要是损坏人的呼吸道，重者可致肺坏，NOX对粘膜、神经系统和造血系统都有危害，所以超低NOX燃烧器技术是很重要的，大大提高了超低NOX燃烧器的发展趋势。

【关键词】 超低NOX燃烧器 技术 发展

1 低NOx燃烧器简介

低NOx燃烧器及低氮氧化物燃烧器，是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器，采用低NOx燃烧器能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx。很多试验结局显示， NO是燃烧装置积蓄的氮氧化物的重要成分，平均约占95%，5%左右是NO2所占的。通常燃料燃烧所天生的NO首要来源2个方面：一是燃烧所用空气（助燃空气）中氮的氧化；二是燃料中包含氮化物在燃烧原委中热分解再氧化。在很多的燃烧装置中，前面的是NO的重要出处，“热反应NO”是我们为此类的NO取的名字，后者称之为“燃料NO”，另外还有“瞬发NO”。燃烧时所形成NO可以与含氮原子中间产物反应使NO还原成NO2。实际上除了这些反应外，NO还可以与各种含氮化合物生成NO2。在实际燃烧装置中反应达到化学平衡时，[NO2]/[NO]比例很小，即NO转变为NO2很少，可以忽略。

2 低NOX燃烧技术

2.1 低过量空气燃烧

使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的要求下实行，跟着烟气中过量氧的下降，可以控制NOx的生成。这种方法是最简明的降低NOx排放的办法。通常可下降NOx排放15-20%。但如炉内氧浓度过低（3%以下），会导致浓度迅速加多，添加化学不完全燃烧热亏损，导致飞灰含碳量添加，燃烧效率降低。所以在锅炉设计与运营时，要采用最适合的过量空气系数。

2.2 空气分级燃烧

空气分级燃烧技术是将燃烧所需的空气分级送入炉内，使燃料在炉内分级分段燃烧。在第一阶段，燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。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，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成并将燃烧过程推迟。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃烬风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，完成整个燃烧过程。所以为保证既能减少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。

2.3 燃料分级燃烧

再燃区富燃料燃烧中氮氧化物的还原反应，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

燃料分级燃烧技术是将锅炉炉膛分成主燃区、再燃区和燃尽区。主燃区供入全部燃料的70%～90%，采用常规的低过剩空气系数（α≤1.2）燃烧生成NOx；与主燃区相邻的再燃区，只供给10%～30%的燃料，不供入空气，形成很强的还原性气氛（α=0.8～0.9），将主燃区中生成的NOx还原成N2分子；燃尽区只供入燃尽风，在正常的过剩空气（α=1.1）条件下，使未燃烧的CO和飞灰中的碳燃烧完全。一般，采用燃料分级可使Nox的排放浓度降低50%以上。

3 哪几种是低氮氧化物燃烧器

依据降低NOx的燃烧技术，低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类：

3.1 阶段燃烧器

依据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器，使燃料与空气分段混合燃烧，由于燃烧偏离理论当量比，故可降低NOx的生成。

3.2 本身再循环燃烧器

一种是运用助燃空气的压头，把部分燃烧烟气吸回，进入燃烧器，和空气混合燃烧。因为烟气再循环，燃烧烟气的热容量大，燃烧温度下降，NOx减少。还有一种本身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环，并加入燃烧过程，此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

3.3 浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，因而NOx都很低，这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

3.4 分割火焰型燃烧器

其原理是把一个火焰分成数个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，使“热反应NO”有所下降。此外，火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间，对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。

4 超低NOX燃烧器的发展

要把在NOX减排方面效果显著的几种燃烧器的优点集合起来，以某种炉型为研究对象，从化学反应动力学、空气动力学等角度出发，采用试验和数值的模拟方法，研究NOX形成的机理，从而设计出适合我国国情的、确实可行的新型低NOX燃烧器。将低NOX燃烧器与其它影响锅炉热力性能与低污染燃烧的装备作为全部进行思考是为了NOX的排放能够下降，并结合炉内燃料分级或者空气分级、尾部烟气脱硝等措施，希望NOX排放做到最低。

近零排放，是指燃煤机组的烟气排放达到天然气机组标准，即二氧化硫不超过35毫克/标准立方米、氮氧化物不超过50毫克/标准立方米、烟尘不超过5毫克/标准立方米（广州市“50355”工程由此而来）。进入2014年7月，被称为“史上最严”的中国火电大气污染排放新标准开始执行，头顶这一环保“紧箍咒”，不少中国煤电企业开始探路天然气标准的超低排放。国家近期出台的NOX排放新标准是100mg/Nm3（50ppm），伴随着国家能源结构的调整，优化老机组性能，节能降耗的压力不断加大，东方电气以满足用户需求为目标，近年持续优化和改进技术，进一步提升产品的经济性和环保性，并积极向用户推介新技术，与客户合作对机组进行改造升级，以降低能耗，提高出力，保障机组安全可靠性，为用户提供“全生命周期”的服务。在拥有成熟、领先的技术和产品基础上，锅炉与高校、科研院所合作持续提高产品性能，优化协同控制技术，为此提出了单一污染物高效脱除与多环节整体协同控制技术方案，对改造机组提出了技术路线：根据污染物排放情况开展超低NOX燃烧系统改造、SCR优化、加装低低温省煤器、电除尘器改造、FGD改造、加装WESP、加装或改造WGGH等。

5 结语

燃料燃烧过程中，排放的NOX气体是危害大，且较难处理的大气污染物，它不仅刺激人的呼吸系统、破坏呼吸系统，引起支气管炎和肺气肿，损害动植物、破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。所以，为降低NOX排放，开发超低NOX燃烧器具有十分重要的意义。

参考文献

[1]姜涌，夏明明，覃绍亮，陈振宇.热力型NO_x的抑制[J].电站系统工程，2005（03）.

[2]童大懋.水泥窑的NOx排放（续）[J].河南建材，2000（04）.