近十年來，浙江大學(xué)熱能工程研究所對燃煤過程中氮氧化物控制開展了大量的理論及實驗研究。針對燃煤過程中的NO_x生成規(guī)律及生成破壞機理，結(jié)合當(dāng)前國際上最先進的NO_x控制研究成果，浙大熱能工程研究所對NO_x燃燒中控制以及燃燒后控制各項技術(shù)進行了全面地研究創(chuàng)新，結(jié)合我國實際情況形成了一整套有中國特色的低NO_x控制技術(shù)。浙大低NO_x控制技術(shù)以爐內(nèi)控制NO_x為主，結(jié)合空氣分級燃燒Stage-air、燃盡風(fēng)OFA和燃料再燃Reburning以及SNCR等各項技術(shù)，針對不同參數(shù)下的技術(shù)應(yīng)用進行了全面地優(yōu)化整合與改進，并且研制開發(fā)了獨具浙大特色的低NO_x燃燒器LNB技術(shù)——“可調(diào)煤粉濃淡低NO_x燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)”，該項技術(shù)近年來在工程應(yīng)用中得到不斷發(fā)展并完善，應(yīng)用結(jié)果表明該技術(shù)具有低NO_x排放，低負(fù)荷穩(wěn)燃，濃度連續(xù)可調(diào)，防止結(jié)渣，煤種及負(fù)荷適應(yīng)能力強的優(yōu)點。

1.可調(diào)煤粉濃淡低NO_x燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)

可調(diào)煤粉濃淡低NO_x燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)主要通過煤粉濃淡分離來實現(xiàn)低NO_x燃燒，同時兼有穩(wěn)燃的效果。采用濃淡燃燒技術(shù)，可在燃燒器出口局部形成富燃料區(qū)域，造成還原性氣氛，抑制NO_x的生成，能使NO_x有較大幅度降低。下降幅度同樣視改造的層次而定，層次越多，下降幅度越大。另外，該技術(shù)還采用了“濃淡燃燒＋穩(wěn)燃體”雙穩(wěn)燃技術(shù)，確保低負(fù)荷下具有良好的穩(wěn)燃效果：對于四角直流燃燒器改造1～2層可使低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃效果從70%負(fù)荷降至40%～50%負(fù)荷。其具體原理及其技術(shù)分析如下：

（1）扇狀流線型撞擊式慣性煤粉濃淡分離燃燒技術(shù)

該濃淡分離裝置的基本設(shè)計思想是利用扇形擋塊對煤粉顆粒的慣性導(dǎo)向作用，實現(xiàn)煤粉氣流的濃縮和分流，達(dá)到煤粉濃淡分離目的。如圖1所示。

濃度的連續(xù)可調(diào)是通過改變擋塊高度來實現(xiàn)的。當(dāng)擋塊轉(zhuǎn)動使高度發(fā)生變化時，顯然濃淡分離效果是不同的，這樣達(dá)到煤粉濃度連續(xù)可調(diào)目的。

圖1撞擊式煤粉濃淡分流器示意圖

（2）穩(wěn)燃體穩(wěn)燃技術(shù)

在燃燒器噴口采用V型穩(wěn)燃體，關(guān)于V型穩(wěn)燃體的穩(wěn)燃作用及效果已在實踐中得到認(rèn)同。我們在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了帶中心可調(diào)風(fēng)的V型穩(wěn)燃體燃燒技術(shù)，在V型體中間加入調(diào)節(jié)風(fēng)，直接噴入爐內(nèi)，通過改變?nèi)紵鞒隹诹鲌鎏匦约懊悍蹪舛冗_(dá)到調(diào)節(jié)目的。

除了具有良好的低NO_x控制以及低負(fù)荷穩(wěn)燃效果以外，該技術(shù)還具有如下特點：

1）煤粉濃度可連續(xù)調(diào)節(jié)

2）噴口超溫報警系統(tǒng)

3）有良好的防結(jié)渣性能

4）濃度轉(zhuǎn)向及均勻作用

5）改造簡單，操作方便，阻力損失小

6）噴口及主要耐磨部件壽命長

目前，該項技術(shù)已在容量為65t/h-670t/h的近五十臺鍋爐上應(yīng)用，均取得了很好的應(yīng)用效果。

2.燃料再燃燒技術(shù)（Reburning）

再燃燒技術(shù)是指在爐膛內(nèi)設(shè)置二次燃料貧氧燃燒的NO_x還原區(qū)段，以控制NO_x的最終生成量的一種爐內(nèi)燃料分級(區(qū))燃燒技術(shù)。它首先由德國在80年代末期提出，稱為IFNR技術(shù)(InFurnaceNO_xReduction)。這一技術(shù)很快引起歐洲、北美和日本的普遍關(guān)注，投入研究開發(fā)力量，取得了很大的成就，使再燃技術(shù)很快商業(yè)化。燃料再燃實際上是把爐內(nèi)燃燒過程沿爐膛高度分為如圖2所示的三個燃燒區(qū)：

（1）主燃區(qū)，大部分燃料在該區(qū)燃燒，其化學(xué)當(dāng)量比(SR)大于1。由于該區(qū)氧氣充足，火焰溫度較高，因此將形成較多的NO_x。此外，會有一定量的未完全燃燒產(chǎn)物和NO_x，一起進入再燃區(qū)。

（2）在燃區(qū)，在燃燃料在空氣不足的條件下噴射到主燃區(qū)的下游，形成還原性氣氛（α＜1），有利于主燃區(qū)生成的NOX進行還原反應(yīng)，最終生成N₂。

（3）燃盡區(qū)，在該區(qū)加入其余空氣，形成富氧燃燒區(qū)（α＞1）使未完全燃燒產(chǎn)物燃盡。式（1）、（2）和（3）是主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)的主要化學(xué)反應(yīng)。在再燃區(qū)NO_X被還原成N₂，而在燃盡區(qū)，還會有少量的NO_X再度生成。

        N₂+O₂→NO_X                                            (1)

        CH_X+NO_X→CN+NH₂+H₂O

        NO_X+NH₂→N₂+H₂O

        NO_X+CN→N₂+CO

        NO_X+CO→N₂+CO₂                                 (2)

        CH_X+CO+O₂→CO₂+H₂O

        CN+NH₂+O₂→NO_X+CO₂+H₂O             (3)

再燃燃料多種多樣，可以是油、天然氣、液化氣、煤粉、生物質(zhì)、廢棄可燃物、水煤漿等等。一般地說，煤粉再燃對NO_x還原效果要略差于天然氣再燃。煤粉再燃中，揮發(fā)份高的煤如褐煤，再燃的脫硝效果比其他煤種好一些。

再燃技術(shù)中關(guān)鍵參數(shù)包括：再燃比例、再燃區(qū)停留時間、再燃區(qū)的化學(xué)當(dāng)量比等。對于不同性質(zhì)和粒度的再燃燃料，這三個參數(shù)是不同。另外，其他參數(shù)，如燃燼區(qū)過量空氣系數(shù)、爐內(nèi)溫度場和流場等也會不同程度地影響再燃脫硝效果。

再燃脫硝效果比低N0_x燃燒器脫硝效率高，用于電站鍋爐脫硝引起國內(nèi)外專家的重視。再燃技術(shù)因其初期投資小、改造工作量小、運行成本低，得到了迅速發(fā)展，目前全世界已有數(shù)十臺鍋爐采用再燃控制N_Ox排放，脫硝率一般為30%～60%。采用再燃技術(shù)控制鍋爐NO_x排放，能夠滿足不同地區(qū)的不同環(huán)保要求，具有很好的適應(yīng)性。再燃技術(shù)主要的優(yōu)點有：

1、設(shè)備簡單，安裝、改造工作量小，適用范圍廣�，F(xiàn)有鍋爐應(yīng)用再燃技術(shù)，只需主燃燒器上方增加再燃燃料噴嘴和燃盡風(fēng)噴嘴即可。相對于其他NO_x控制技術(shù)，再燃技術(shù)設(shè)備簡單，安裝、改造工作量小，適用于各種燃料的各種爐型，如四角燃燒爐、對沖爐、旋風(fēng)爐。

2、成本低。與選擇性催化還原SCR技術(shù)和低NO_x燃燒器技術(shù)相比，再燃技術(shù)因其設(shè)備簡單，改造工作量小而初期投資成本小。而且，因無須催化劑再燃技術(shù)的運行成本更是比SCR技術(shù)低很多。美國能源部經(jīng)濟分析預(yù)測，對于同樣高效NO_x控制技術(shù)，再燃技術(shù)比SCR便宜2～3倍。

3、對機組運行的影響小。應(yīng)用再燃技術(shù)控制NO_x，對機組運行影響小。運行方式靈活，可以隨主燃燒器一起投運，增加機組帶負(fù)荷能力，也可以作為低負(fù)荷燃燒器，增加機組的低負(fù)荷能力。再燃可能帶給機組運行不利的影響是結(jié)渣加重和飛灰含碳量增加，但通過運行調(diào)節(jié)如配風(fēng)和煤粉細(xì)度可以較好地解決問題。

3.空氣分級燃燒技術(shù)（Stage-air）

空氣分級燃燒技術(shù)的基本原理與燃料再燃相似，也是通過將燃料的燃燒過程分段進行來減少NO_x的生成量�？諝夥旨壢紵夹g(shù)將燃燒用風(fēng)分為一、二次風(fēng)，通過減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量來提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，并且通過分級配風(fēng)設(shè)計來推遲一、二次風(fēng)混合時間，使煤粉進入爐膛時形成富燃料區(qū)，并在富燃料區(qū)進行缺氧燃燒，從而降低燃料型NO_x的生成。然后缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與補入的二次風(fēng)混合，使燃料完全燃燒。

空氣分級燃燒技術(shù)按分級方向分主要有兩種方式：水平方向空氣分級燃燒和垂直方向空氣分級燃燒。

水平方向空氣分級燃燒，使部分二次風(fēng)射流偏向爐壁，遠(yuǎn)離燃燒中心，延遲了煤和空氣的混合，減少了火焰中心NO_x的生成量。同時可避免水冷壁附近還原性氣氛的形成，減弱水冷壁的高溫腐蝕。

垂直方向空氣分級燃燒，一般通過調(diào)整整組燃燒器頂部加裝的燃盡風(fēng)噴嘴的數(shù)量和位置，并使其風(fēng)量占二次風(fēng)總量的14％左右，作為降低NO_x的手段。根據(jù)燃用煤質(zhì)情況的不同，二次風(fēng)風(fēng)量大小可沿高度實現(xiàn)不同的分級送風(fēng)方式，既可保證煤粉的燃盡，又達(dá)到降低NO_x的目的。

與燃料再燃相似，空氣分級燃燒也有著設(shè)備簡單，改造、運行成本低，對機組運行影響較小等優(yōu)點。目前，空氣分級燃燒的脫硝率一般在20％～30％之間。

4.燃燒優(yōu)化自動控制技術(shù)

為了使各種低NO_x控制系統(tǒng)運作與配合良好，以確保其預(yù)期效果，必須對整個脫硝系統(tǒng)以及燃燒過程實現(xiàn)優(yōu)化自動控制。首先，在實際運行中應(yīng)盡量控制各燃燒器之間的燃料量分配偏差在±5％至±10％的范圍內(nèi)，一次風(fēng)量偏差在±10％或更小的范圍內(nèi)，保持一次風(fēng)煤粉管內(nèi)的流速在低負(fù)荷運行時超過其最低速度極限，以最大限度地減少一次風(fēng)管中可能存在的煤粉沉積及管道堵塞問題；其次，應(yīng)保持二次風(fēng)量與各燃燒器的燃料量的匹配，并控制各組燃燒器的二次風(fēng)量偏差在±10％的范圍內(nèi)、合理組織二次風(fēng)沿爐膛高度方向上的分級燃燒以降低NO_x排放；同時，調(diào)整磨煤機運行參數(shù)使煤粉保持足夠的煤粉細(xì)度，在實現(xiàn)分級燃燒降低NO_x排放的同時保持煤粉的燃盡。

浙大熱能工程研究所在燃燒優(yōu)化自動控制方面積累了豐富的經(jīng)驗，所有自動控制工程設(shè)計將遵循以下技術(shù)目標(biāo)和原則：

1)標(biāo)準(zhǔn)化。所有工程設(shè)計及其實施將按照國家、地方的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行。所選用的系統(tǒng)，設(shè)備，產(chǎn)品和軟件符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或主流模式。

2)先進性。工程的整體方案將保證具有明顯的先進特征�？紤]到電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，所有設(shè)計在技術(shù)上將適度超前，所采用的設(shè)備，產(chǎn)品和軟件不僅成熟而且能代表當(dāng)今世界的技術(shù)水平。

3)實用性。工程設(shè)計將以用戶需求分析著手，并以得到用戶認(rèn)可的需求為目標(biāo)來開展工作，保證滿足目前及將來的各種需要。

4)合理性和經(jīng)濟性。在保證先進性的同時，以提高工作效率，節(jié)省人力和各種資源為目標(biāo)進行工程設(shè)計，充分考慮系統(tǒng)的實用和效益，爭取獲得最大的投資回報率。

5)安全性和可靠性。安全和可靠是對動力能源的基本要求，是自動控制工程設(shè)計所追求的主要目標(biāo)。

6)模塊化和可擴充性。集成管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)將是結(jié)構(gòu)化和模塊化的，具有很好的兼容性和可擴充性，既可使不同廠商的設(shè)備產(chǎn)品綜合在一個系統(tǒng)中，又可使系統(tǒng)能在日后得以方便地擴充，并擴展另外廠商的設(shè)備產(chǎn)品。

7)方便性和舒適性。燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)使用人性化的人機界面，其使用和操作上將是十分方便和舒適的，能夠為客戶提供最有效的信息服務(wù)，提供高效、舒適、便利和安全的工作環(huán)境。

8）靈活性。系統(tǒng)提供管理人員和用戶靈活移動和變更設(shè)備的可能。

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