隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長和電力工業(yè)的快速發(fā)展，燃煤產(chǎn)生的NOX污染物與日劇增。1985年在中國各主要城市中測定的大氣污染物，燒煤產(chǎn)生的NOX占65％，而發(fā)電廠燃煤又占較大的比例，因此降低發(fā)電廠排煙中NOX是減輕大氣污染的重要任務(wù)。1985年中國發(fā)電及供熱煤耗約2.7億ｔ，推算排入大氣的NOX可達(dá)150萬ｔ；1993年煤耗量已達(dá)4億ｔ，NOX排放量已超過200萬ｔ。

由于NOX在煤的燃燒產(chǎn)物中生成復(fù)雜，且其對人類乃至整個生態(tài)系統(tǒng)的危害大，對其排放量的控制已引起全球范圍內(nèi)的普遍重視，絕大多數(shù)國家和地區(qū)都制定了較嚴(yán)格的限制NOX排放的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，中國也于1996年8月開始實施650 mg／Nm３的排放指標(biāo)規(guī)定。近二、三十年來，歐美日等發(fā)達(dá)國家一直在致力于研究降低NOX的燃煤技術(shù)。如前蘇聯(lián)的高濃度給粉技術(shù)、日本三菱重工的PM型燃燒器、美國B＆W公司的PAX燃燒器和DRB-XCL雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及德國SM公司SM型旋流燃燒器等都處于世界領(lǐng)先地位。這些技術(shù)措施和硬件設(shè)備有一個共同特點，改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)和配風(fēng)，組織濃淡燃燒和分級燃燒。中國近十幾年也開始注重研究適合國情的低NOX控制技術(shù)，各科研院所及高校在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗時，經(jīng)過大量基礎(chǔ)性試驗研究，形成了自己的技術(shù)特色。

近幾年，江蘇省部分電廠進(jìn)行了鍋爐燃燒器改造，以提高低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，但改造后出現(xiàn)了燃燒器易燒損、鍋爐水冷壁高溫腐蝕、爐渣可燃物含量偏高等問題。在結(jié)合解決鍋爐存在的問題時，考慮采用低NOX燃燒技術(shù)，既能降低鍋爐NOX的排放量，又能提高鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

1  電站鍋爐NOX的成因

1.1  NOX的種類及生成

煤燃燒過程中形成的NOX有燃料型NOX（fuel NOX）、熱力型NOX（Thermal NOX）和快速型NOX（Prompt NOX）3種，其中快速型NOX所占比例很小，燃料型NOX約占75％，熱力型NOX約占25％。對于燃燒粉煤的鍋爐，NOX的排放主要取決于燃料型NOX的生成量，原因主要有以下兩點：

(1)大多數(shù)煤粉火焰溫度不太高，尤其是固態(tài)排渣鍋爐，受排渣溫度的限制，爐膛溫度不可能太高，而熱力型NOX的生成主要取決于火焰溫度和風(fēng)煤比。熱力型NOX只在燃料富氧燃燒時生成，而且溫度超過1 800 Ｋ時才能大量地生成。當(dāng)α＜0.95和Ｔ＜1 800 Ｋ時熱力型NOX可以忽略不計。因此，在煤粉鍋爐中熱力型NOX在總NOX排放量中所占的比例較??；

(2)快速型NOX只在富燃料的烴類火焰中有較大量的生成，但據(jù)估算，如果煤中含有1％的燃料氮，且其50％轉(zhuǎn)為NOX，快速型NOX的生成量仍將小于總NOX的5％，而通常的煤含有1％～2％的母氮。所以快速型NOX差不多被燃料型NOX所遮掩。

1.2  燃料型NOX

煤粉燃燒過程中燃料型NOX包括由揮發(fā)份中均相生成的NOX和由殘?zhí)恐挟愊嗌傻腘OX兩部分。揮發(fā)份的析出包括兩個階段：第一階段發(fā)生在較低的溫度條件下，此時分子量較低的揮發(fā)份從煤顆粒中釋出；第二階段發(fā)生在較高的溫度條件下，此時放出分子量較大的烴類和芳香族化合物。煤中的母氮大部分在揮發(fā)份析出階段以HCN和NH3的形式從顆粒中釋放出來，隨后氧化生成NOX。揮發(fā)份析出后剩下的煤焦主要由碳和礦物質(zhì)（灰）組成，還有少量的氧、氫、硫和氮。留在煤焦中剩余的母氮可以通過異相反應(yīng)氧化生成NOX。熱力型NOX主要與煙氣溫度和風(fēng)煤比有關(guān)系，化學(xué)當(dāng)量比對它影響很小。燃料型NOX主要與氧濃度（化學(xué)當(dāng)量比）有關(guān)，在很大的范圍內(nèi)幾乎與溫度無關(guān)。由揮發(fā)份燃料氮轉(zhuǎn)化而成的燃料型NOX（簡稱揮發(fā)份燃料型NOX）約占60％～80％，由焦炭燃料氮轉(zhuǎn)化而成的NOX（簡稱焦炭燃料型NOX）約占20％～40％。因而，減少氮氧化物排放的主要措施是降低燃料型NOX的形成，即降低氧濃度，使燃料氮的相對濃度提高，增強還原性氣氛，延長燃料氮在還原性氣氛中的停留時間，從而降低燃料氮向燃料型NOX的轉(zhuǎn)變率。

2  降低NOX排放的燃燒技術(shù)

2.1  采用分級燃燒

燃料分級燃燒是降低NOX排放的有效方法之一。它的優(yōu)點在于既可降低火焰最高溫度，減小熱力型NOX的形成，也可減小局部氧氣濃度，抑制燃料型NOX的形成。因此分級燃燒被廣泛地應(yīng)用于鍋爐的設(shè)計中。但是研究表明，在許多情況下分級燃燒會導(dǎo)致快速型NOX的明顯增大。如果不對分級燃燒進(jìn)行優(yōu)化，很難使鍋爐的NOX排放總量達(dá)到最小。以便使沿爐內(nèi)火焰行程快速型、燃料型和熱力型NOX的形成量達(dá)到最小。

空氣分級燃燒是把燃料完全燃燒所需要的空氣沿火焰長度分段送入，使燃燒過程分成空氣過剩系數(shù)明顯不同的幾個階段。目前２級和３級燃燒方式用較多。分級燃燒既可以在單一燃燒器上實現(xiàn)，也可以在多排布置燃燒器的爐膛內(nèi)整體實現(xiàn)。前者通過分級配風(fēng)燃燒器的結(jié)構(gòu)，后者通過組織氧氣濃度和溫度不同的燃燒區(qū)來達(dá)到目的。兩種實現(xiàn)分級燃燒方法的系統(tǒng)是有區(qū)別的。沿爐膛垂直方向分級燃燒的實現(xiàn)是關(guān)閉上層燃燒器的燃料，或在主燃燒器的上方布置專門的空氣噴嘴；在水平方向分級燃燒的實現(xiàn)是在對沖布置的燃燒器中，使一面墻的燃燒器具有富燃料，另一面墻的燃燒器具有富氧。但是，無論是那一種方法實現(xiàn)的分級燃燒，其實質(zhì)都是使第一燃燒區(qū)的空氣過剩系數(shù)α小于1.0（２級燃燒的第一級空氣過剩系數(shù)通常選α＝0.85～0.95），結(jié)果降低了火焰的最高溫度以及火焰核心區(qū)氧氣的濃度，從而降低了NOX的形成；而在第二區(qū)，由于燃燒產(chǎn)物和過量空氣的稀釋，實際上NOX不再形成。日本三菱重工研制和應(yīng)用出兩級和三級燃料燃燒系統(tǒng)。其主要的技術(shù)是在主燃燒器的上方布置有輔助燃燒器，以采用不同細(xì)度的煤粉，采用這種燃燒方式，可使NOX排放量降低到328～600 mg/Nm3。

某電廠鍋爐采用分級燃燒技術(shù)，對均等配風(fēng)的煙煤型直流燃燒器進(jìn)行改造，在上部增開燃盡風(fēng)噴口，為防止主燃燒器區(qū)缺氧而可能出現(xiàn)的結(jié)渣和腐蝕，使用了水平偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)，借以增加水冷壁附近的氧濃度。改造后實測數(shù)據(jù)表明：NOX排放量明顯降低，由改造前的744 mg/Nm3降至556 m*g/Nm3。

2.2  采用濃淡燃燒

濃淡燃燒可降低NOX的排放。濃淡燃燒就是把煤粉分成濃淡兩股送入爐膛。濃側(cè)煤粉由于煤粉濃縮，著火溫度下降，穩(wěn)燃性提高，淡側(cè)煤粉利用濃側(cè)煤粉火焰引燃和助燃。濃側(cè)煤粉濃度高，氧濃度低，由于著火性能好，局部溫度水平較高，熱力型NOX的排放量稍有增加，而燃料型NOX卻大為減少；淡側(cè)過量空氣系數(shù)大，溫度水平較低，熱力型NOX的排放量是降低的，燃料型NOX略有增加，總NOX的排放量是降低的。華能石洞口二廠600 MW機組鍋爐采用了ABB-CE公司開發(fā)的WR型濃淡燃燒器，在滿負(fù)荷下，NOX的排放量為630 mg/Nm3。

2.3  采用煙氣再循環(huán)

在主燃燒器的上方加裝煙氣噴口，抽取低溫?zé)煔馑腿肴紵齾^(qū)，可在非常短的時間里，促使各反應(yīng)物橫向混合，使最初生成的NOX迅速地混入其它在主燃燒器區(qū)現(xiàn)成的能夠使NOX還原的各組分之中，NOX還原成N2，降低最后NOX的生成量。日本三菱公司的PM燃燒器就采用了這種技術(shù)。

2.4  鍋爐燃燒優(yōu)化

鍋爐燃燒優(yōu)化通常是降低NOX排放的首選方法。燃燒優(yōu)化是通過鍋爐燃燒器運行參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)的，采取控制過?？諝饬?、燃燒器一、二次風(fēng)量配比的調(diào)整、平衡送入每只燃燒器的風(fēng)粉量等方法，從而在燃燒過程中把NOX的生成量降到最低。從對某廠SG406型400 t/h鍋爐進(jìn)行的燃燒調(diào)整試驗結(jié)果看出：在機組負(fù)荷為125 MW下，燃燒調(diào)整試驗前，在空預(yù)器出口測得NOX含量為1 029 mg/Nm3，而鍋爐燃燒優(yōu)化工況下測得NOX含量為725 mg/Nm3。 對于已經(jīng)采用低NOX 燃燒技術(shù)的電站鍋爐，燃燒優(yōu)化仍然是降低NOX排放的重要前提。

2.5  選擇合適的低NOX燃燒技術(shù)

對于鍋爐NOX排放水平較高的一些電廠，應(yīng)結(jié)合電廠鍋爐的具體特點，選擇合適的低NOX燃燒技術(shù)，著手對鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計計算。在解決電廠存在的鍋爐燃燒效率低、燃燒器易燒損或水冷壁高溫腐蝕等問題的同時，采用低NOX燃燒技術(shù)。可以在原有的濃淡燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計新型的濃淡燃燒器。

3  結(jié)論

3.1  采用低NOX燃燒技術(shù)，降低電站鍋爐NOX的排放，對于保護(hù)環(huán)境具有重大意義,社會效益顯著。

3.2  在解決電站鍋爐出現(xiàn)的如燃燒器易燒損、鍋爐水冷壁高溫腐蝕、爐渣可燃物含量偏高等問題的同時，考慮采用低NOX燃燒技術(shù)，既能達(dá)到降低NOX排放目的，又提高鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

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