当低氮燃烧遭遇超低排放和深度调峰

1 低氮燃烧技术分类介绍

低氮燃烧技术是通过降低燃烧反应温度，减少过量空气系数， 缩短烟气在高温区的停留时间等手段达到控制NOx的目的， 它是现阶段降低燃煤锅炉NOx 排放最主要也比较经济的方法。

由于低氮燃烧技术工艺成熟，投资及运行费用相对较低，已在火电厂的NOx 排放控制中得到了较多应用。以下介绍目前常用的低氮燃烧技术。

1.1 燃烧分级技术

燃烧分级技术是在主燃烧器形成初始燃烧区的上方喷入二次燃料，从而形成富燃料燃烧的再燃区，当NOx 进入该区域时将被还原成N2。燃烧分级技术为了保证再燃区的不完全燃烧产物能够燃烬，需要在再燃区的上面布置燃尽风喷口。

燃烧分级技术的关键因素是改变再燃烧区的燃料与空气的比例；存在的问题是为了减少不完全燃烧损失，需加空气对再燃区烟气进行三级燃烧，因此配风系统较复杂。

1.2 空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术（OFA）是现阶段应用较为广泛的低氮燃烧技术， 它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。

该技术是将燃烧用风分为一次风和二次风，目的是减少燃料燃烧区域的空气量（一次风），提高燃烧区域的燃料浓度，推迟一次风和二次风的混合时间，这样燃料进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，以降低燃料型NOx 的生成。

缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。目前该技术与其他初级控制措施联合使用，已成为新建锅炉整体设计的一部分，在适度控制NOx 排放的要求下，一般作为现阶段锅炉低氮排放改造的首选。

空气分级燃烧技术又分水平方向和垂直方向燃烧技术，它们之间相互作用，彼此关联。

（1）水平方向空气分级燃烧技术如图1 所示。该燃烧方式是与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧，它是通过将一次风和二次风不等切圆， 部分二次风射流偏向炉墙来实现的。

该技术不但可以使主燃区处于还原性气氛从而减少NOx 的排放量，还可使炉墙附近处于氧化性气氛，因此可以避免水冷壁的高温腐蚀以及因还原性气氛使灰熔融性温度下降而导致的燃烧器附近结渣。

（2）垂直方向上空气分级燃烧技术如图2 所示。将燃料所需的空气分成2 部分送入炉膛： 一部分为主二次风， 约占总二次风量70%～85%； 另一部分为燃尽风， 约占总二次风量的15% ～30%。因此，炉内的燃烧分成3 个区域，即热解区、贫氧区和富氧区。上部燃尽风送入炉膛时， 已经避开了高温火焰区，使未燃尽产物能够完全燃烧。

1.3 低氮燃烧器技术（LNB）

将前述的空气分级及燃料分级的原理应用于燃烧器的设计，尽量降低着火区的氧浓度和温度，从而达到控制NOx生成量的目的， 这类特殊设计的燃烧器就是低氮燃烧器，正常条件下可以降低氮排放浓度的30%～50%。

2 三种低氮燃烧技术的比较

3 低氮燃烧技术存在的问题

低氮燃烧技术是应用最广，相对简单、经济的方法。在燃煤过程中排放的众多污染物中，NOx 是唯一可以通过改进燃烧方式来降低其排放量的气体污染物。但在实施低氮燃烧技术时，会不同程度地遇到下列问题。

（1）随着二段空气量增大，会使不完全燃烧损失也相应增大，实际中二段空气量约为空气总量的15％～20％。

（2）较低温度、较低氧量的燃烧环境会降低锅炉的燃烧效率，在不提高燃料（例如煤粉）细度的情况下，飞灰可燃物含量会增加；由于在燃烧器区域缺氧燃烧，炉膛壁面附近的CO 含量增加，可能会引起水冷壁管的金属腐蚀。

（3）为了降低燃烧温度，延迟燃烧过程，在某些情况下会降低着火稳定性和导致锅炉低负荷燃烧稳定性下降。

（4）大部分燃烧调整措施的应用均可能使沿炉膛高度的温度分布趋于平坦， 使炉膛吸热量发生不同程度的偏移，最终导致炉膛出口烟温偏高。

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当以上这些低氮燃烧技术遭遇超低排放和深度调峰会发生什么呢？