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摘要：如何在煤粉锅炉燃烧过程中通过燃烧调整，合理的燃烧方式控制NOx的生成
关键词：优化;节能，控制;调整;措施
燃煤NOx的控制主要在两个阶段，第一阶段是在燃烧过程中通过燃烧调整、先进的燃烧方式和低氮燃烧器控制NOx生成;第二阶段就是对煤燃烧产生的烟气进行处理。本锅炉采用可调水平浓淡直流式燃烧器及均等配风的燃烧方式，如何在煤粉锅炉燃烧过程中通过燃烧调整，合理的燃烧方式控制NOx的生成是摆在我们面前的课题。经过长期运行积累下来的经验，锅炉在燃烧过程中合理的通过燃烧调整能控制NOx生成，降低脱硝SCR进口NOx的浓度。
一、煤粉燃烧NOx产生的原理和因素
煤粉燃烧产生的氮氧化物主要来之两部分：一部分是燃烧时空气带进来的氮，在高温下与氧反应所生成的NOx，称为“热力NOx”;另一部分是燃料中固有的氮化物经过复杂的化学反应所生成的，称为“燃料NOx”。这两部分氮氧化物的形成的机理是不同的。除此之外，还有一部分是分子氮在火焰前沿的早期阶段，在碳烃化合物的参与影响下，通过中间产物转化成的NOx，称为“瞬态型NOx”，这部分数量很少，一般不予考虑。
空气中的氮在燃烧室的高温下被氧化成的机理是相当复杂的，一般认为是在高温炉膛环境下空气中的氧分子被离解成自由原子，所产生的氧原子在高温下（t>1538℃）与空气中的氮反应生成NOx，同时释放出氮原子。释放出的氮原子又与空气中的氧反应生成NO。“热力NOx”产生量与反应区的温度、反应区的氧、氮的浓度，以及燃烧气体在反应区的停留时间成正比，其中温度影响尤为显著。如果温度相当低，自由基的氧原子数量又不够多，则热力NOx的产生就会被抑制。
“燃料NOx”的形成更为复杂，目前尚未透彻了解。根据大量试验研究表明，其形成机理的可能是：燃料进入炉膛后，由于高温分解释放出N、NH或CN等各种可能形式的自由基，这些自由基随即被氧化成NO或再结合成N2，取决于局部地区的氧浓度。一般来说，燃料中氮氧化物含量越高或炉膛中氧浓度越大，则形成“燃料NOx”就越多。“燃料NOx”即使在温度较低的情况下也能生成。
综合上述，影响燃料燃烧时NOx生成的主要因素有以下几方面：
燃料中氮氧化物含量。氮氧化物含量越高，“燃料NOx”生成就越多。例如气体燃料中氮氧化物含量极少，因此燃烧时生成的NOx几乎是空气中的氮转化来的;相反，燃烧固体
1. 燃料煤，特别是燃烧煤粉时，烟气中的氮氧化物绝大部分（90%）是由燃料中固体氮化物转化而来。
2. 火焰温度（或燃烧区的温度）和高温下的燃烧时间（或滞留时间）。温度越高，NOx越易生成，特别是“热力NOx”。在2000℃以上时NO几乎可以在瞬间氧化而成;在1600～2000℃范围时，如果持续时间较长，也易生成NOx，若时间较短，则NOx生成速度就慢些;在1500℃以下时，“热力NOx”的生成速度显著减慢，但“燃料NOx”的生成速度不变。
3. 燃烧区中的氧的浓度。燃烧区中的氧浓度增大，则不论“热力NOx”还是“燃料NOx”，其生成量都增大。此外，当氧量供应适中时，燃烧温度较高，更易生成NOx。若空气供应不足，氧量减少，此时燃烧不完全，燃烧温度下降，这样虽然生成量减少，但会增多炭黑及CO等。如果空气大量过剩，燃烧区中氧量与氮量虽然明显增加，但由于此时燃烧温度下降反而会导致NOx生成减少，同时NOx浓度也被大量空气所稀释而下降。
二、减少NOx排放的措施
由煤粉燃烧NOx产生的原理和因素可见，高温和高的氧浓度是产生NOx的根源。因此减少NOx可采取以下措施：
1. 减少燃烧最高温度区域范围。
2. 降低燃烧峰值温度。
3. 降低燃烧的过量空气系数和局部氧气浓度。
4. 控制燃料与空气的前期混合。
5. 提高入炉的局部燃烧浓度。
6. 利用中间生成物反应降低NOx
根据NOx的形成特点，可把NOx的控制措施分成燃烧前、燃烧中和燃烧后处理三类。
1. 燃烧前脱氮主要讲燃料转化为低氮燃料。
2. 燃烧中脱氮主要是指各种降低NOx技术。
3. 燃烧后的脱氮主要是指烟气脱硝技术
三、 控制NOx排放优化燃烧的方式实施
我厂目前燃烧后的脱氮是采用选择性催化还原（SCR）技术，这里不做具体介绍，这里具体介绍一下在我厂原有的燃烧设备情况下，如何通过优化燃烧的方式来减低NOx的浓度。
本锅炉采用可调水平浓淡直流式均等配风燃烧器， 燃烧器布置在炉膛的正四角。炉内假想切圆直径φ500mm 。煤粉经一次风管中浓缩管及扭曲板的作用后被分成浓相及淡相，而且分别引射到炉膛内向火侧和背火侧，确保燃烧稳定和防止结焦。煤粉燃烧器有二层一次风喷嘴、上上、上、中、下四层二次风喷嘴以及一层三次风喷口，其中上两层二次风提供煤粉后期燃烧所需空气量，强化风粉混合和煤粉燃烬。在每个一次风喷口上加装偏置周界风（在背火侧周界风更多一些）。制粉系统：采用钢球磨煤机储仓制、温风送粉、制粉系统乏气作三次风入炉参加燃烧。
大量基础研究认为决定氮氧化物最终排放的有四个关键的区域，分别是热解着火区、
主燃烧区、NOx还原区和燃尽区.根据我厂的煤种和炉型，结合实际的运行状况，在炉内燃烧的不同燃烧区域采取了针对性措施，降低NOx生成的同时，确保燃烧稳定和锅炉效率。
主要是主燃烧区在保证一次风射流的刚性和煤粉燃烧所需的氧气同时，控制较低的一次风及周界风率，并相应开大上排燃尽二次风门开度，关小上、中、下排二次风门开度，在不影响煤粉燃尽的情况下，减小该区域的供氧。煤粉气流在“贫氧”条件下燃烧速率得到一定程度控制，以降低NOx生成量。在锅炉负荷相对较低及锅炉氧浓度较高情况下，采取停用部分火嘴关闭一次风门及提高运行给粉机的转速来满足锅炉燃烧需要，这样能提高锅炉局部的燃烧浓度，减少过量空气系数控制燃料NOx的生成。锅炉运行中尽量保留一台制粉系统运行，或制粉系统停用时，保留排粉机运行，以控制主燃烧区的氧浓度，也减少降低NOx生成量。
通过上述的燃烧调整，脱硝SCR进口NOx由初期的800-900mg/Nm3下降至500-600mg/Nm3，有效的控制NOx生成，在不增加喷氨量情况下大大降低了NOx排放量，并大量节约了尿素用量，从节能减排效果上得到了充分的提高。
四、结语
从上述分析来看，锅炉燃烧烟气NOx的生成量的高低关键在于根据现场实际运行情况采取的燃烧调整及优化的燃烧方式合理安排，从试验结果的数据分析和运行经验的积累來最终确定方案的执行，并以制度的形式来进行推广。
参考文献：
[1]《火电厂SCR烟气脱硝技术》，西安热工研究院著，北京：中国电力出版社，2013.1.
[2]《锅炉设备及运行》，姜锡伦、屈卫东著，北京：中国电力出版社，2010.
（作者单位：上海上电电力运营有限公司）
关键词：优化;节能，控制;调整;措施
燃煤NOx的控制主要在两个阶段，第一阶段是在燃烧过程中通过燃烧调整、先进的燃烧方式和低氮燃烧器控制NOx生成;第二阶段就是对煤燃烧产生的烟气进行处理。本锅炉采用可调水平浓淡直流式燃烧器及均等配风的燃烧方式，如何在煤粉锅炉燃烧过程中通过燃烧调整，合理的燃烧方式控制NOx的生成是摆在我们面前的课题。经过长期运行积累下来的经验，锅炉在燃烧过程中合理的通过燃烧调整能控制NOx生成，降低脱硝SCR进口NOx的浓度。
一、煤粉燃烧NOx产生的原理和因素
煤粉燃烧产生的氮氧化物主要来之两部分：一部分是燃烧时空气带进来的氮，在高温下与氧反应所生成的NOx，称为“热力NOx”;另一部分是燃料中固有的氮化物经过复杂的化学反应所生成的，称为“燃料NOx”。这两部分氮氧化物的形成的机理是不同的。除此之外，还有一部分是分子氮在火焰前沿的早期阶段，在碳烃化合物的参与影响下，通过中间产物转化成的NOx，称为“瞬态型NOx”，这部分数量很少，一般不予考虑。
空气中的氮在燃烧室的高温下被氧化成的机理是相当复杂的，一般认为是在高温炉膛环境下空气中的氧分子被离解成自由原子，所产生的氧原子在高温下（t>1538℃）与空气中的氮反应生成NOx，同时释放出氮原子。释放出的氮原子又与空气中的氧反应生成NO。“热力NOx”产生量与反应区的温度、反应区的氧、氮的浓度，以及燃烧气体在反应区的停留时间成正比，其中温度影响尤为显著。如果温度相当低，自由基的氧原子数量又不够多，则热力NOx的产生就会被抑制。
“燃料NOx”的形成更为复杂，目前尚未透彻了解。根据大量试验研究表明，其形成机理的可能是：燃料进入炉膛后，由于高温分解释放出N、NH或CN等各种可能形式的自由基，这些自由基随即被氧化成NO或再结合成N2，取决于局部地区的氧浓度。一般来说，燃料中氮氧化物含量越高或炉膛中氧浓度越大，则形成“燃料NOx”就越多。“燃料NOx”即使在温度较低的情况下也能生成。
综合上述，影响燃料燃烧时NOx生成的主要因素有以下几方面：
燃料中氮氧化物含量。氮氧化物含量越高，“燃料NOx”生成就越多。例如气体燃料中氮氧化物含量极少，因此燃烧时生成的NOx几乎是空气中的氮转化来的;相反，燃烧固体
1. 燃料煤，特别是燃烧煤粉时，烟气中的氮氧化物绝大部分（90%）是由燃料中固体氮化物转化而来。
2. 火焰温度（或燃烧区的温度）和高温下的燃烧时间（或滞留时间）。温度越高，NOx越易生成，特别是“热力NOx”。在2000℃以上时NO几乎可以在瞬间氧化而成;在1600～2000℃范围时，如果持续时间较长，也易生成NOx，若时间较短，则NOx生成速度就慢些;在1500℃以下时，“热力NOx”的生成速度显著减慢，但“燃料NOx”的生成速度不变。
3. 燃烧区中的氧的浓度。燃烧区中的氧浓度增大，则不论“热力NOx”还是“燃料NOx”，其生成量都增大。此外，当氧量供应适中时，燃烧温度较高，更易生成NOx。若空气供应不足，氧量减少，此时燃烧不完全，燃烧温度下降，这样虽然生成量减少，但会增多炭黑及CO等。如果空气大量过剩，燃烧区中氧量与氮量虽然明显增加，但由于此时燃烧温度下降反而会导致NOx生成减少，同时NOx浓度也被大量空气所稀释而下降。
二、减少NOx排放的措施
由煤粉燃烧NOx产生的原理和因素可见，高温和高的氧浓度是产生NOx的根源。因此减少NOx可采取以下措施：
1. 减少燃烧最高温度区域范围。
2. 降低燃烧峰值温度。
3. 降低燃烧的过量空气系数和局部氧气浓度。
4. 控制燃料与空气的前期混合。
5. 提高入炉的局部燃烧浓度。
6. 利用中间生成物反应降低NOx
根据NOx的形成特点，可把NOx的控制措施分成燃烧前、燃烧中和燃烧后处理三类。
1. 燃烧前脱氮主要讲燃料转化为低氮燃料。
2. 燃烧中脱氮主要是指各种降低NOx技术。
3. 燃烧后的脱氮主要是指烟气脱硝技术
三、 控制NOx排放优化燃烧的方式实施
我厂目前燃烧后的脱氮是采用选择性催化还原（SCR）技术，这里不做具体介绍，这里具体介绍一下在我厂原有的燃烧设备情况下，如何通过优化燃烧的方式来减低NOx的浓度。
本锅炉采用可调水平浓淡直流式均等配风燃烧器， 燃烧器布置在炉膛的正四角。炉内假想切圆直径φ500mm 。煤粉经一次风管中浓缩管及扭曲板的作用后被分成浓相及淡相，而且分别引射到炉膛内向火侧和背火侧，确保燃烧稳定和防止结焦。煤粉燃烧器有二层一次风喷嘴、上上、上、中、下四层二次风喷嘴以及一层三次风喷口，其中上两层二次风提供煤粉后期燃烧所需空气量，强化风粉混合和煤粉燃烬。在每个一次风喷口上加装偏置周界风（在背火侧周界风更多一些）。制粉系统：采用钢球磨煤机储仓制、温风送粉、制粉系统乏气作三次风入炉参加燃烧。
大量基础研究认为决定氮氧化物最终排放的有四个关键的区域，分别是热解着火区、
主燃烧区、NOx还原区和燃尽区.根据我厂的煤种和炉型，结合实际的运行状况，在炉内燃烧的不同燃烧区域采取了针对性措施，降低NOx生成的同时，确保燃烧稳定和锅炉效率。
主要是主燃烧区在保证一次风射流的刚性和煤粉燃烧所需的氧气同时，控制较低的一次风及周界风率，并相应开大上排燃尽二次风门开度，关小上、中、下排二次风门开度，在不影响煤粉燃尽的情况下，减小该区域的供氧。煤粉气流在“贫氧”条件下燃烧速率得到一定程度控制，以降低NOx生成量。在锅炉负荷相对较低及锅炉氧浓度较高情况下，采取停用部分火嘴关闭一次风门及提高运行给粉机的转速来满足锅炉燃烧需要，这样能提高锅炉局部的燃烧浓度，减少过量空气系数控制燃料NOx的生成。锅炉运行中尽量保留一台制粉系统运行，或制粉系统停用时，保留排粉机运行，以控制主燃烧区的氧浓度，也减少降低NOx生成量。
通过上述的燃烧调整，脱硝SCR进口NOx由初期的800-900mg/Nm3下降至500-600mg/Nm3，有效的控制NOx生成，在不增加喷氨量情况下大大降低了NOx排放量，并大量节约了尿素用量，从节能减排效果上得到了充分的提高。
四、结语
从上述分析来看，锅炉燃烧烟气NOx的生成量的高低关键在于根据现场实际运行情况采取的燃烧调整及优化的燃烧方式合理安排，从试验结果的数据分析和运行经验的积累來最终确定方案的执行，并以制度的形式来进行推广。
参考文献：
[1]《火电厂SCR烟气脱硝技术》，西安热工研究院著，北京：中国电力出版社，2013.1.
[2]《锅炉设备及运行》，姜锡伦、屈卫东著，北京：中国电力出版社，2010.
（作者单位：上海上电电力运营有限公司）