煙氣脫硝：低氮燃燒技術介紹
2026-01-15 13:42:31
kenengadmin
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低氮氧化物燃燒技術是改進燃燒設備或控制燃燒條件，以降低燃燒尾氣中Nox濃度的各項技術。影響燃燒過程中NOx生成的主要因素是燃燒溫度、煙氣在高溫區的停留時間、煙氣中各種組分的濃度以及混合程度，因此，改變空氣—燃料比、燃燒空氣的溫度、燃燒區冷卻的程度和燃燒器的形狀設計都可以減少燃燒過程中氮氧化物的生成。工業上多以減少過剩空氣和采用分段燃燒、煙氣循環和低溫空氣預熱、特殊燃燒器等方法達到目的。
01
發展歷程
國外從20世紀50年代開始就對燃煤在燃燒過程中NOx的生成機理和控制方法進行研究，研究結果表明：影響NOx生成和排放最主要的因素是燃燒方式，也即燃燒條件。因此當燃煤設備的運行條件發生變化時，NOx的排放也隨之發生變化。燃燒溫度、煙氣中O2、NHi、CHi、CO、C和H2濃度是影響NOx生成和破壞的最重要的因子，因此凡通過改變燃燒條件來控制上述因子，以抑制NOx的生成或破壞已生成的NOx，達到減少NOx排放的措施，都稱為低NOx燃燒技術。
02
影響因素
影響燃料型NOX生成因素較多，與溫度、氧含量、反應時間，及煤粉的物理和化學特性有關。
溫度
溫度的升高對燃料型NOX生成量有促進作用。在1200℃以下時，其隨溫度升高顯著增加，溫度在1200℃以上時，增速平緩。對于燃料型NOX，燃料中N越高、氧濃度越高、反應停留時間越長，NOX生成量越大，與溫度相關性越差。
氧含量
氧含量的增加，可以形成或強化窯爐內燃燒的氧化氣氛，增加氧的供給，促進燃料中N向NOX的轉化。燃料型NOX隨過剩空氣系數的降低而降低，在α<1時，NOX生成量急劇降低。在氧含量不足時，氧被燃料中的可燃成分消耗盡，破壞了氮與氧反應的物質條件。在α>1.1時，熱力型NOX含量下降，燃料型NOX仍上升。燃料型NOx與煤的熱解產物和火焰中氧濃度密切相關，如果在主燃燒區延遲煤粉與氧氣的混合，造成燃燒中心缺氧，可使絕大部分揮發份氮和部分焦碳N轉化為N2。
煤粉性質
不同種類的煤，揮發份含量、氮含量等差異較大。通常揮發份和氮含量高的煤種生成NOX較多。煤粉細度較細時，揮發份析出速度快，燃燒速度快，加快了煤粉表面的耗氧速度，使煤粉顆粒局部表面易形成還原氣氛，產生抑制NOX生成的作用。煤粉細度較粗時，揮發份析出慢，也會減少NOX的生成量。特別是對劣質煤或是著火點較高的煤，這種情況會更明顯，控制合適煤粉細度可依據窯況和NOX生成量綜合考慮。煤揮發份中氧氮比越大，NOX轉化率越高。相同氧氮比條件下，過剩空氣系數越大，NOX轉化率越大。
03
燃燒技術
低NOx燃燒技術的主要特點是：工藝成熟、投資和運行費用低。在對NOx排放要求非常嚴格的國家(如德國和日本)，均是先采用低NOx燃燒器減少一半以上的NOx后再進行煙氣脫硝，以降低脫硝設施入口的NO。濃度，減少投資和運行費用。低NOx燃燒技術是各種降低NOx排放技術中采用最廣、相對簡單、經濟有效的方法，但他們減少氮氧化物的排放有一定的限度。由于降低燃燒溫度、減少煙氣中氧的濃度等都不利于煤燃燒過程本身，因此，各種低氮燃燒技術都必須以不會影響燃燒的穩定性，不會導致還原性氣氛對受熱面的腐蝕，以及不會不合理地增加飛灰含碳量而降低鍋爐效率為前提。
第一代低NOx燃燒技術
這一代技術不要求對燃燒系統做大的改動，只是對燃燒裝置的運行方式或部分運行方式做調整或改進。因此簡單易行，可方便地用于現役裝置，但NOx的降低幅度十分有限，主要通過以下幾種方式來實現降低NOx排放濃度。
(1)低過量空氣系數運行
這是一種優化裝置燃燒、降低NOx生成量的簡單方法。它不需對燃燒裝置做結構修改低過量空氣系數運行抑制NOx生成量的幅度與燃料種類、燃燒方式及排渣方式有關。電站鍋爐實際運行時的過量空氣系數不能做大幅度的調整。對于燃煤鍋爐而言，降低過量空氣系數會造成受熱面的粘污結渣和腐蝕、汽溫特性的變化及因飛灰可燃物增加而造成經濟性下降。對于燃氣、燃油鍋爐而言，主要限制在于CO濃度超標。
(2)降低助燃空氣預熱溫度
降低助燃空氣預熱溫度可降低火焰區的溫度峰值，從而減少熱力型NOx的生成量。這一措施不宜用于燃煤、燃油鍋爐，對于燃氣鍋爐，則有降低NO。排放的明顯效果。
(3)濃淡燃燒技術
這種方法是讓一部分燃料在空氣不足的條件下燃燒，即燃料過濃燃燒；另一部分燃料在空氣過剩的條件下燃燒，即燃料過淡燃燒。無論是過濃燃燒還是過淡燃燒，其過量空氣系數α都不等于1。前者α<1，后者α>1，故又稱為非化學當量燃燒或偏差燃燒。濃淡燃燒時，燃料過濃部分因氧氣不足，燃燒溫度不高，所以燃料型NOx和熱力型NOx都會減少。燃料過淡部分因空氣量過大，燃燒溫度低，熱力型NOx生成量也減少。總的結果是NOx生成量低于常規燃燒。
(4)爐膛內煙氣再循環
把煙氣摻入助燃空氣，降低助燃空氣的氧濃度，是一種降低燃煤液態排渣爐，尤其是燃氣、燃油鍋爐NOx排放的方法。通常的做法是從省煤器出口處出煙氣，加入二次風或一次風中。加入二次風時，火焰中心不受影響，其唯一作用是降低火焰溫度，有利于減少熱力型NOx的生成。對固態排渣鍋爐而言，大約80%的NOx是由燃料氮生成的，這種方法的作用就非常有限。
對于不分級的燃燒器，在一次風中摻入煙氣效果較好，但由于燃燒器附近的燃燒工況會有所變化，要對燃燒過程進行調整。
(5)部分燃燒器退出運行。
這種方法適用于燃燒器多層布置的電站鍋爐。具體做法是停止最上層或幾層燃燒器的燃料供應，只送空氣。這樣所有的燃料從下面的燃燒器送入爐內，下面的燃燒器區實現富燃料燃燒，上層送人的空氣形成分級送風。這種方法尤其適用于燃氣、燃油鍋爐而不必對燃料輸送系統進行重大改造。德國把這種方法用在褐煤大機組上，效果不錯。
第二代低NOx燃燒技術
這一代技術的特征是助燃空氣分級送人燃燒裝置，從而降低初始燃燒區(也稱一次區)的氧濃度，相應地也降低火焰的峰值溫度。屬于這一代措施的有現階段廣泛應用于電站鍋爐的各種低NOx空氣分級燃燒器。如ABB—CE公司的整體爐膛空氣分級直流燃燒器、同軸燃燒系統(CFS I、CFS 11)、低NOx同軸燃燒系統(LNCFS)及其種類繁多的變異形式、TFS2000燃燒系統；B&W公司的雙調風旋流燃燒器(DRB、DRB—XCL)；Steinmuller公司、德國Babcock公司的各種旋流燃燒器等。
第三代低NOx燃燒技術
這一代技術的主要特征是空氣和燃料都是分級送入爐膛。在一次區內，主燃料在稀相條件下燃燒，還原燃料投入后，形成欠氧的還原區，在高溫(>1200℃)和還原氣氛下析出的NH3、HCN、CmHn等原子團與來自一次區已生成的NOx反應，生成N2。燃盡風投入后，形成燃盡區，實現燃料的完全燃燒。屬于這一代措施是空氣/燃料分級低NOx旋流燃燒器和用于切圓燃燒方式的三級燃燒。這類低NOx燃燒技術以Steimuller公司的MSM型燃燒器日本三菱公司開發的MACT低NOx燃燒系統為典型代表。
04
技術措施
影響燃燒過程中NOx形成的因素包括：
①空氣-燃料比；
②燃燒空氣的預熱溫度；
③燃燒區的冷卻程度；
④燃燒器的形狀設計。
可降低氮氧化物濃度的方法有：
①減少送入燃燒器的過剩空氣；
②降低熱風溫度；
③降低燃燒室的熱強度；
④采用雙面露光水冷壁;
⑤人為地使燃料與空氣緩慢混合；
⑥采用二段燃燒；
⑦煙氣再循環。
在燃用氣體燃料或重油的鍋爐上，運用技術手段減少NOx的濃度獲得了一定的結果。但如何運用技術措施，減少固體燃料燃燒尾氣中NOx濃度，尚處在探索性研究中。
傳統的天然氣鍋爐燃燒器通常的NOx排放在120~150mg/m3左右。而低氮燃燒器通常的NOx排放在30~80mg/m3的左右。NOx排放在30mg/m3以下的通常稱為超低氮燃燒器。