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摘要：氮氧化物（NOx）是火电厂排放的主要气体污染物之一。国家对氮氧化物（NOx）的控制要求越来越严格，在实际工作中为没有脱硝设备的燃煤电厂控制排放提供参考。
关键词：氮氧化物（NOx）、低氮燃烧、燃烧器
0引言
由于烟气脱硝装置投资、运行和维护成本都很高，且需要占据大的空间和场地。因此无论是有无脱硝装置，应用低NOx燃烧技术降低氮氧化物的排放都是需要的。
和烟气脱硝（SCR）技术相比，低氮燃烧技术相对简单，投资、运行成本低，是经济、有效的技术措施。所以，从技术成熟性和成本节约性的角度来看，低氮燃烧技术更加适合我国电力行业的现状。低氮燃烧技术（特别是低氮优化燃烧技术）必将成为今后我国火电行业控制氮氧化物排放的主流技术选择，无论是新建、扩建、改建机组，还是现役运行机组，都适合采用该项技术。
1 氮氧化物（NOx）的生成机理
1.1 氮氧化物（NOx）生成原理
烟气中的NOx，NO占90%以上，NO2占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：
（a）热力型（Thermal NOx） ，空气中氮分子高温条件下形成的产物；占～15%燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生的。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
（b）快速型（Prompt NOx），只有在富燃料的烃类火焰中才发生，占～5% 燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx。
（c）燃料型NOx （Fuel NOx） ，燃料中的氮元素以含氮的小分子或游离氮原子的形式析出后被氧化而成；占～80%燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中固相氮的氧化（焦炭）两部分组成，前者大，后者小。
挥发份氮转化成NOx的生成率又与燃烧器区域和炉膛平均氧浓度关系很大，当过量空气系数α在0.6～0.7时，燃料型NOx的生成率最低。
1.2 低NOx燃烧技术的关键点
1）主燃烧器区域的过量空气系数的选择
要取得一定的NOx排放值，对不同容量大小和燃用不同煤质的机组，主燃烧器区域的过量空气系数会有所不同，但都有一个最佳的过量空气系数值。
2）SOFA燃烧器离主燃烧器区域的距离
NOx的生成量与SOFA离主燃烧区域的距离成反比关系，但SOFA离主燃烧区的距离越大，锅炉飞灰含碳量会有一定程度的增加。
3）主燃烧器空气动力场的组织
2 降低氮氧化物方法与技术
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靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。
3）燃料分级燃烧
4）烟气再循环
5）低NOx燃烧器
煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛，而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入炉膛的。从燃烧的角度看，燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的，因此，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的大批量用于燃烧器，以尽可能地降低着火氧的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的，这就是低NOx燃烧器。低NOx燃烧器得到了广泛的开发和应用，世界各国的大锅炉公司，为使其锅炉产品满足日益严格的NOx排放标准，分别开发了不同类型的低NOx燃烧器，可达到NOx降低率一般在30-60%。
3某电厂低氮燃烧器改造实例
3.1 炉膛风量与卫燃带改造
1）主燃烧器上部CCOFA约为5%总风量，主燃烧器上方标高32.8米处布置LSOFA（15%总风量），标高36.7米处布置HSOFA（15%总风量）；利于炉膛上部区域补入空气的混合，避免大股气流对燃烧气流的冲击而产生炉膛上部区域的结焦和高温腐蚀。
2）由锅炉两侧大风道引热风到四角SOFA燃烧器，四角SOFA风道均布置流量测量装置，保证四角风量均匀，同时精确控制四角SOFA燃烧器总风量。 3）卫燃带布置改造
3.2 SOFA燃烧器
1）HSOFA、LSOFA燃烧器喷嘴可以垂直方向上下摆动±30°（DCS控制）
2）同时可以水平方向摆动±15°（手动）
3）每个喷嘴均有调节风门挡板对喷嘴的风量根据运行要求进行自动调节（DCS控制）
3.3 主燃烧器设计
在主燃烧器偏上部高温区布置了四层贴壁二次风（CFS），风比大，气流刚性强。不仅可提高炉膛高温燃烧区域水冷壁附近的氧量，防止炉膛的结焦和高温腐蚀，而且也在炉膛水平方向形成分级送风，使炉膛水平面烟气流分布更均匀。一定程度上可减少NOx的生成，同时延缓延期的上升。
1）燃烧器一次风采用优化百叶窗水平浓淡技术，喷嘴四周还布置有周界风。
2）浓、淡煤粉间设有垂直钝体，浓侧喷嘴内设有燃齿。
3）一次风喷嘴出口上下加装扩压器。
4）燃烧器喷嘴出口端四角设计成圆弧形，有利于保持出口射流刚性，减少燃烧器掉粉。
5）所有喷嘴尾部设计成圆弧形，使喷嘴在上下摆动时，间隙风漏风不会增加，可维持二次风的刚性。
6）一次风煤粉喷管前端的上下支撑和固定采用螺栓，在喷嘴位置、角度和标高确定后，将螺栓调整好顶紧，可避免喷嘴和粉管的移动，既保证了煤粉气流的射入角度，有利于摆动机构的灵活摆动）。
7）一次风喷嘴与喷管连接处取消了薄壁、容易变形的不锈钢密封罩，有利于减少摆动卡涩和密封罩磨穿漏粉。
4低氮燃烧技术改造与成效
4.1 低氮燃烧技术改造措施
1）HSOFA+LSOFA+CCOFA三级垂直分级送风
2）水平浓淡技术+周界风+贴壁正切二次风（CFS）
3）一次风喷口垂直稳燃钝体及水平稳燃齿
4）一次风喷嘴出口上下加装扩压器
5）选取48m/s二次风和SOFA风速
6）SOFA燃烧器垂直摆动可实现锅炉NOx 排放自动控制
7）SOFA燃烧器水平摆动
4.2 低氮燃烧技术改造效率
1）实现较低的NOx排放
2）可降低飞灰、大渣含碳量，提高锅炉效率
3）可实现低负荷稳燃
4）防止水冷壁高温腐蚀和结渣
5）锅炉NOx排放自动控制
6）炉膛出口烟温偏差控制
5结论
在没有低氮燃烧器和脱氮设备的燃煤电厂用低氮燃烧技术在降低NOx的排放会起到很好的效果，所以，在日常运行中要提高我们运行水平，在保证安全燃烧的前提下采取低氮燃烧技术会取得很好的经济效益。
参考文献
[1] 樊泉桂 《锅炉原理》中国电力出版社 2004
[2] 苏亚欣 《燃煤氮氧化物排放控制技术》化学工业出版社 2005
[3] 吴载群 《低氮燃烧技术在黄浦发电厂的应用》科技资讯 2008
关键词：氮氧化物（NOx）、低氮燃烧、燃烧器
0引言
由于烟气脱硝装置投资、运行和维护成本都很高，且需要占据大的空间和场地。因此无论是有无脱硝装置，应用低NOx燃烧技术降低氮氧化物的排放都是需要的。
和烟气脱硝（SCR）技术相比，低氮燃烧技术相对简单，投资、运行成本低，是经济、有效的技术措施。所以，从技术成熟性和成本节约性的角度来看，低氮燃烧技术更加适合我国电力行业的现状。低氮燃烧技术（特别是低氮优化燃烧技术）必将成为今后我国火电行业控制氮氧化物排放的主流技术选择，无论是新建、扩建、改建机组，还是现役运行机组，都适合采用该项技术。
1 氮氧化物（NOx）的生成机理
1.1 氮氧化物（NOx）生成原理
烟气中的NOx，NO占90%以上，NO2占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：
（a）热力型（Thermal NOx） ，空气中氮分子高温条件下形成的产物；占～15%燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生的。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
（b）快速型（Prompt NOx），只有在富燃料的烃类火焰中才发生，占～5% 燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx。
（c）燃料型NOx （Fuel NOx） ，燃料中的氮元素以含氮的小分子或游离氮原子的形式析出后被氧化而成；占～80%燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中固相氮的氧化（焦炭）两部分组成，前者大，后者小。
挥发份氮转化成NOx的生成率又与燃烧器区域和炉膛平均氧浓度关系很大，当过量空气系数α在0.6～0.7时，燃料型NOx的生成率最低。
1.2 低NOx燃烧技术的关键点
1）主燃烧器区域的过量空气系数的选择
要取得一定的NOx排放值，对不同容量大小和燃用不同煤质的机组，主燃烧器区域的过量空气系数会有所不同，但都有一个最佳的过量空气系数值。
2）SOFA燃烧器离主燃烧器区域的距离
NOx的生成量与SOFA离主燃烧区域的距离成反比关系，但SOFA离主燃烧区的距离越大，锅炉飞灰含碳量会有一定程度的增加。
3）主燃烧器空气动力场的组织
2 降低氮氧化物方法与技术
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靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。
3）燃料分级燃烧
4）烟气再循环
5）低NOx燃烧器
煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛，而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入炉膛的。从燃烧的角度看，燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的，因此，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的大批量用于燃烧器，以尽可能地降低着火氧的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的，这就是低NOx燃烧器。低NOx燃烧器得到了广泛的开发和应用，世界各国的大锅炉公司，为使其锅炉产品满足日益严格的NOx排放标准，分别开发了不同类型的低NOx燃烧器，可达到NOx降低率一般在30-60%。
3某电厂低氮燃烧器改造实例
3.1 炉膛风量与卫燃带改造
1）主燃烧器上部CCOFA约为5%总风量，主燃烧器上方标高32.8米处布置LSOFA（15%总风量），标高36.7米处布置HSOFA（15%总风量）；利于炉膛上部区域补入空气的混合，避免大股气流对燃烧气流的冲击而产生炉膛上部区域的结焦和高温腐蚀。
2）由锅炉两侧大风道引热风到四角SOFA燃烧器，四角SOFA风道均布置流量测量装置，保证四角风量均匀，同时精确控制四角SOFA燃烧器总风量。 3）卫燃带布置改造
3.2 SOFA燃烧器
1）HSOFA、LSOFA燃烧器喷嘴可以垂直方向上下摆动±30°（DCS控制）
2）同时可以水平方向摆动±15°（手动）
3）每个喷嘴均有调节风门挡板对喷嘴的风量根据运行要求进行自动调节（DCS控制）
3.3 主燃烧器设计
在主燃烧器偏上部高温区布置了四层贴壁二次风（CFS），风比大，气流刚性强。不仅可提高炉膛高温燃烧区域水冷壁附近的氧量，防止炉膛的结焦和高温腐蚀，而且也在炉膛水平方向形成分级送风，使炉膛水平面烟气流分布更均匀。一定程度上可减少NOx的生成，同时延缓延期的上升。
1）燃烧器一次风采用优化百叶窗水平浓淡技术，喷嘴四周还布置有周界风。
2）浓、淡煤粉间设有垂直钝体，浓侧喷嘴内设有燃齿。
3）一次风喷嘴出口上下加装扩压器。
4）燃烧器喷嘴出口端四角设计成圆弧形，有利于保持出口射流刚性，减少燃烧器掉粉。
5）所有喷嘴尾部设计成圆弧形，使喷嘴在上下摆动时，间隙风漏风不会增加，可维持二次风的刚性。
6）一次风煤粉喷管前端的上下支撑和固定采用螺栓，在喷嘴位置、角度和标高确定后，将螺栓调整好顶紧，可避免喷嘴和粉管的移动，既保证了煤粉气流的射入角度，有利于摆动机构的灵活摆动）。
7）一次风喷嘴与喷管连接处取消了薄壁、容易变形的不锈钢密封罩，有利于减少摆动卡涩和密封罩磨穿漏粉。
4低氮燃烧技术改造与成效
4.1 低氮燃烧技术改造措施
1）HSOFA+LSOFA+CCOFA三级垂直分级送风
2）水平浓淡技术+周界风+贴壁正切二次风（CFS）
3）一次风喷口垂直稳燃钝体及水平稳燃齿
4）一次风喷嘴出口上下加装扩压器
5）选取48m/s二次风和SOFA风速
6）SOFA燃烧器垂直摆动可实现锅炉NOx 排放自动控制
7）SOFA燃烧器水平摆动
4.2 低氮燃烧技术改造效率
1）实现较低的NOx排放
2）可降低飞灰、大渣含碳量，提高锅炉效率
3）可实现低负荷稳燃
4）防止水冷壁高温腐蚀和结渣
5）锅炉NOx排放自动控制
6）炉膛出口烟温偏差控制
5结论
在没有低氮燃烧器和脱氮设备的燃煤电厂用低氮燃烧技术在降低NOx的排放会起到很好的效果，所以，在日常运行中要提高我们运行水平，在保证安全燃烧的前提下采取低氮燃烧技术会取得很好的经济效益。
参考文献
[1] 樊泉桂 《锅炉原理》中国电力出版社 2004
[2] 苏亚欣 《燃煤氮氧化物排放控制技术》化学工业出版社 2005
[3] 吴载群 《低氮燃烧技术在黄浦发电厂的应用》科技资讯 2008