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[摘 要]通过对氮氧化物生成机理的分析，并研究了控制炉膛出口NOx的方法，论述了通过空气、燃料分级技术，如何控制炉膛出口NOx的排放量，并浅析了分级燃烧的技术支持理论，说明了通过分级燃烧技术可降低炉膛出口NOx排放量。
[关键词]氮氧化物；分级燃烧技术
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0005-01
1 引言
目前，火电厂污染物排放越来越受到各国重视，其中NOx是火电厂排放的污染物中对环境污染较为严重的一种。低NOx排放是摆在电厂设计以及运行人员面前的一道难题，本文将以对冲同心正反切圆、分级燃烧燃烧器为模板，浅析NOx的生成以及低NOx的燃烧控制技术。
2 NOx的生成
燃料型NOx，指燃料中含氮化物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化生成NOx。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600-800摄氏度时就会生成燃料型NOx。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物，然后再氧化成NOx。
热力型NOx，燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程时一个不分支联锁反应。其生成机理可用捷利多维奇反应式标示，即：O2+N→2O+N， O+N2→NO+N，N+O2→NO+O，在高温下总生成式为：N2+O2→2NO，NO+0.5O2→NO2。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。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。
快速型NOx，快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx，其形成时间只需要60 ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比，与温度的关系不大。见图1。
在这三种途径中，快速型NOx所占的比例不到5%，在温度低于1300摄氏度时，几乎没有热力型NOx，由此可知，锅炉排放的NOx大部分为燃料型。[1]上图即表示了炉膛温度、NOx种类的比例情况。
3 控制NOx生成的措施
3.1 由前言分析可知，控制生成NOx 的主要手段有
（1） 制造一个缺氧区域以抑制燃料氮转化成NOx，并形成一个NOx还原区，将已形成的NOx与焦炭发生还原反应；（2）延迟燃料和空气的混合，降低火焰温度，抑制热力型NOx的生成；（3）控制合理的过量空气系数，并调整良好的煤粉细度有助于燃料氮更早的逸出和燃尽。
3.2 对冲同心四角切圆、分级燃烧低NOx燃烧器的优点
低NOx燃烧系统的主要组件为：（1）对冲同心正反切圆燃烧系统（2）分组布置的燃烧器风箱（3）快速着火煤粉喷嘴（4）预置水平偏角的辅助风喷嘴（5）低位燃尽风（BAGP）和高位燃尽风（UAGP）结合的低NOx燃烧技术。
3.3 对冲同心四角切圆、分级燃烧低NOx燃烧器低NOx的原理
（1）建立煤粉早期着火，燃烧器采用了快速着火煤粉喷嘴，使燃料中的挥发份在初期阶段大量析出，在燃烧初始阶段使燃料中的大量氮化物形成NOx，同时，较细的煤粉细度能充分的使氮化物从燃料中析出。[2]
（2）垂直方向的空气分级、燃料分级燃烧技术，在炉膛的不同高度布置BAGP和UAGP，将炉膛分成三个相对独立的部分：初始燃烧区，NOx还原区和燃料燃尽区。采用两级燃尽风实现对燃烧区域过量空气系数的多级控制，在每个区域的过量空气系数由三个因素控制：总的AGP风量，BAGP和UAGP风量的分配以及总的过量空气系数。[3]这种改进的空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，在NOx还原区将早期在煤粉中析出的氮化物形成的NOx与煤粉在缺氧条件下产生的焦炭发生还原反应，即NOx+C→CO2+N2，使初期生成的NOx还原，降低NOx的生成总量。[4]
（3）0利用垂直方向的分级燃烧技术，通过控制炉膛垂直方向整体的热负荷分配，防止炉膛局部高温，有效控制了热力型NOx的产生。
（4）利用水平方向的空气分级技术，部分二次风气流在水平方向分级，在始燃烧阶段推迟了空气和煤粉的混合，降低了燃烧器出口的火焰温度，防止了热力型NOx的生成。
（5）煤粉颗粒在还原区的停留时间，增加分离燃尽风与上排一次风喷嘴的间距，延长煤粉顆粒在还原区的停留时间，就可以有更多的NO还原为N2，使NOx充分还原为N2。[5]
（6）在NOx还原区后利用燃尽风创造富氧燃烧区，使在下部燃烧区未燃尽的碳颗粒充分燃尽，降低飞灰含碳量，同时配合利用二次风门开度的调控，确保燃尽区不会产生局部高温，防止热力型NOx的产生。
4 总结
通过利用分级空气、燃料燃烧技术，可有效的控制锅炉炉膛出口的NOx排放量，再通过尾部烟道的SCR等措施进一步脱硝，可有效控制NOx的排放量。通过燃烧调整NOx排放量后，使SCR的喷氨量大大降低，具有明显的经济、实用意义。
参考文献
[1]刘勇，吴国忠.NOx的生成机理.油气田地面工程，2007，26（4）：32～33
[2]鄢晓忠，陈冬林，刘亮，王旭伟.煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究.动力工程，2007，27（5）：682～686
[3] 宋洪鹏，周屈兰，惠世恩，徐通模.过量空气系数对燃气燃烧中NOx生成的影响，2004，1：12～13
[4]赵智华，李孝君.碳还原法处理氮氧化物废气，2002，4：17
[5]吴碧君，刘晓勤.燃烧过程NOx的控制技术与原理，2006，20（2）：29～32
[关键词]氮氧化物；分级燃烧技术
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）33-0005-01
1 引言
目前，火电厂污染物排放越来越受到各国重视，其中NOx是火电厂排放的污染物中对环境污染较为严重的一种。低NOx排放是摆在电厂设计以及运行人员面前的一道难题，本文将以对冲同心正反切圆、分级燃烧燃烧器为模板，浅析NOx的生成以及低NOx的燃烧控制技术。
2 NOx的生成
燃料型NOx，指燃料中含氮化物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化生成NOx。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600-800摄氏度时就会生成燃料型NOx。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物，然后再氧化成NOx。
热力型NOx，燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程时一个不分支联锁反应。其生成机理可用捷利多维奇反应式标示，即：O2+N→2O+N， O+N2→NO+N，N+O2→NO+O，在高温下总生成式为：N2+O2→2NO，NO+0.5O2→NO2。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。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。
快速型NOx，快速型NOx是1971年FENIMORE通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx，其形成时间只需要60 ms，所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比，与温度的关系不大。见图1。
在这三种途径中，快速型NOx所占的比例不到5%，在温度低于1300摄氏度时，几乎没有热力型NOx，由此可知，锅炉排放的NOx大部分为燃料型。[1]上图即表示了炉膛温度、NOx种类的比例情况。
3 控制NOx生成的措施
3.1 由前言分析可知，控制生成NOx 的主要手段有
（1） 制造一个缺氧区域以抑制燃料氮转化成NOx，并形成一个NOx还原区，将已形成的NOx与焦炭发生还原反应；（2）延迟燃料和空气的混合，降低火焰温度，抑制热力型NOx的生成；（3）控制合理的过量空气系数，并调整良好的煤粉细度有助于燃料氮更早的逸出和燃尽。
3.2 对冲同心四角切圆、分级燃烧低NOx燃烧器的优点
低NOx燃烧系统的主要组件为：（1）对冲同心正反切圆燃烧系统（2）分组布置的燃烧器风箱（3）快速着火煤粉喷嘴（4）预置水平偏角的辅助风喷嘴（5）低位燃尽风（BAGP）和高位燃尽风（UAGP）结合的低NOx燃烧技术。
3.3 对冲同心四角切圆、分级燃烧低NOx燃烧器低NOx的原理
（1）建立煤粉早期着火，燃烧器采用了快速着火煤粉喷嘴，使燃料中的挥发份在初期阶段大量析出，在燃烧初始阶段使燃料中的大量氮化物形成NOx，同时，较细的煤粉细度能充分的使氮化物从燃料中析出。[2]
（2）垂直方向的空气分级、燃料分级燃烧技术，在炉膛的不同高度布置BAGP和UAGP，将炉膛分成三个相对独立的部分：初始燃烧区，NOx还原区和燃料燃尽区。采用两级燃尽风实现对燃烧区域过量空气系数的多级控制，在每个区域的过量空气系数由三个因素控制：总的AGP风量，BAGP和UAGP风量的分配以及总的过量空气系数。[3]这种改进的空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，在NOx还原区将早期在煤粉中析出的氮化物形成的NOx与煤粉在缺氧条件下产生的焦炭发生还原反应，即NOx+C→CO2+N2，使初期生成的NOx还原，降低NOx的生成总量。[4]
（3）0利用垂直方向的分级燃烧技术，通过控制炉膛垂直方向整体的热负荷分配，防止炉膛局部高温，有效控制了热力型NOx的产生。
（4）利用水平方向的空气分级技术，部分二次风气流在水平方向分级，在始燃烧阶段推迟了空气和煤粉的混合，降低了燃烧器出口的火焰温度，防止了热力型NOx的生成。
（5）煤粉颗粒在还原区的停留时间，增加分离燃尽风与上排一次风喷嘴的间距，延长煤粉顆粒在还原区的停留时间，就可以有更多的NO还原为N2，使NOx充分还原为N2。[5]
（6）在NOx还原区后利用燃尽风创造富氧燃烧区，使在下部燃烧区未燃尽的碳颗粒充分燃尽，降低飞灰含碳量，同时配合利用二次风门开度的调控，确保燃尽区不会产生局部高温，防止热力型NOx的产生。
4 总结
通过利用分级空气、燃料燃烧技术，可有效的控制锅炉炉膛出口的NOx排放量，再通过尾部烟道的SCR等措施进一步脱硝，可有效控制NOx的排放量。通过燃烧调整NOx排放量后，使SCR的喷氨量大大降低，具有明显的经济、实用意义。
参考文献
[1]刘勇，吴国忠.NOx的生成机理.油气田地面工程，2007，26（4）：32～33
[2]鄢晓忠，陈冬林，刘亮，王旭伟.煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究.动力工程，2007，27（5）：682～686
[3] 宋洪鹏，周屈兰，惠世恩，徐通模.过量空气系数对燃气燃烧中NOx生成的影响，2004，1：12～13
[4]赵智华，李孝君.碳还原法处理氮氧化物废气，2002，4：17
[5]吴碧君，刘晓勤.燃烧过程NOx的控制技术与原理，2006，20（2）：29～32