现在我汇报的题目是《电站燃煤锅炉低NOx燃烧技术》，今天早上国电科学技术研究院朱院长解读了我国新颁发的燃煤电厂排放标准，那么在这里我就氮氧化物排放方面为了达到这些新的排放标准都可以采用哪些技术手段。 首先，我们先简单了解一下燃烧过程氮氧化物的生成和还原。氮氧化物主要有两个部分组成，第一个部分是热力氮氧化物，另一个是燃料氮氧化物。那么热力氮氧化物主要是在燃烧过程当中，这个燃烧空气中一小部分，也差不多不到1%的氮被燃化在高温之下在1500多度以上被氧化生成了。它占总的氮氧化物总量的大概20%、30%，而且它的热力氮氧化物的生成跟温度有非常紧密的关系。 第二部分是燃料氮氧化物，它主要是由煤中的一部分氮被氧化生成的，大概占氮氧化物总量的70%、80%。但是在缺氧的情况下，一部分已经生成的氮氧化物在燃烧过程，尤其是初期所产生的含氮自由基被还原成氮气。所以第一个是燃烧的技术的关键是在要控制这个燃烧温度，另外在不影响燃烧效率的情况下可以创造一个局部缺氧条件或者是还原条件，所以把已经生成的氮氧化物给它还成氮气。 那么低NOx燃烧技术大概可以分为以下四个方面：一个是燃烧系统优化，一个是低NOx燃烧器，还有炉内空气分级，还有炉内燃烧分级。那么下面我分别介绍一下各个技术的技术要点。 第一个是燃烧系统的优化，实现燃烧系统优化可以采用以下四个技术手段，第一个是平衡各个锅炉里头有许多燃烧器，所以需要平衡各个燃烧器之间的二次风分布，可以…正负偏差不超过5%。还需要平衡一下燃烧器之间的煤量分布，最好偏差不要持久10%。还有可以改进煤粉粒度分布，可以改善到75%通过200目，99.5%通过500目。可能这是我原来工作当中的习惯用法，在国内可能经常是使用R90，这个数字还需要经过一个变化。最后一个是需要优化一下锅炉余量空气系数。 对燃烧系统的优化需要平衡空气分布，就是要在燃烧器之间分布偏差在某一些电厂当中可以达到高达30%、40%的，现在看不到这个图的。这个是扬州电厂2号炉里头一些现场数据，这个燃烧器解决上下各个层次间还有同层次间各个燃烧器的之间的二次风分布偏差非常大，可以达到30—40%。但是事实上在一些调整好的地方偏差可以降低到正负5%。 另一个是燃烧系统可以平衡一下煤量分布，从这个例子来看这是同一层的有五个燃烧器，各个燃烧器之间煤量的分布，这里可以看出来大概偏差高达40%左右。那么这个下图这里可以看出来这里是平衡的，这个是平衡比较好的一台燃烧器，这个偏差没有超过10%。那么各个燃烧器之间的偏差事实上可以从正负40%可以调整到10%左右，以前的工程经验表明煤量偏差，每减少10%未燃尽碳可以减少一半，那么如果从正负40%降低到正负10，那么未燃尽碳可以减少好几倍。那么未燃尽碳燃烧效率提高了，我们可以适当减少余量空气，然后余量空气减少了，这个氮氧化物的排放也自然降低了。 燃烧系统优化的手段也可以改进煤粉粒度，其中一种做法就是如果是现有，如果是使用静态分级器的，那么可以升级为动态分级器。您看到的这张图是英国北爱尔兰的一个电厂里头原来这个…实验静态分级器后改装成动态分级器。你可以看到这个200目，200目的通过由原来的大概只有60%左右改装成动态分级器之后已经提高到75%。那么下图可以看到其实煤粉细度的改进对这个燃烧效率的影响，如果是煤粉粒度分布如果是52%通过200目，如果提高到改进到72%通过200目的，那么未燃尽碳，飞灰里头的未燃尽碳由原来的大概9%可以降低到大概3%左右。所以这个效果是非常明显的。 燃烧系统优化就是优化锅炉余量空气系数，大家看到这两个图就是氮氧化物锅炉出口的氮氧化物，有一些锅炉的飞灰的未燃尽碳随着余量空气系数获得锅炉出口的含氧率的变化的情况。这个氮氧化物和未燃尽碳这个控制总是一个矛盾的一个过程，所以这个含氧率越低的，这个氮氧化物排放就越低。但是燃烧的效果就不是太好，所以一般的对大多数煤来说这个锅炉出口的含氧率一般是控制在3%—4%左右，比较典型的大概在3.5%左右。

那么第二个技术就是通过使用低NOx燃烧器来实现氮氧化物，炉内氮氧化物的控制。那么第一类燃烧器基本上主要是分为两种，一种是墙式燃烧的，还有一种是四角切圆燃烧的，那么大家看到的这个是切圆燃烧的。那么国内的已经开发的有许多各种各样的低NOx燃烧器，那么归纳起来那个低NOx燃烧器主要有以下几个设计特征： 一个是径向空气分级，也就是燃烧器的风向里头的整个二次风可以分为二次风、三次风，甚至还有四次风的。第二个就是煤粉在一次风，煤粉进入燃烧器的时候经过一个90度的一次风的弯管，在90度弯管之后经常造成的煤粉不均匀。那么第三件应该在煤粉一次风管初始水平上应该尽量给它调成均匀分布。然后在煤粉在一次风管喷口位置要造成浓淡分离，还有一次风可以根据煤质可以是直流或者是旋流的。一般来说挥发性比较高的或者是中等都可以采用直流的，但是挥发性比较低的一次风管了以后一般要采取旋流的措施。还有内二次风可以根据煤质，也可以是直流的或者中高度旋流的。那么外二次风根据煤质一般都是中度到高度旋流，另外还要优化或者是选择合理的一次风和内外二次风的分数，还有需要优化一下一次风和内外二次风的分量配比。有许多燃烧器里面还设有火焰稳定器，像这种火焰稳定器不见得都有必要。 那么低NOx燃烧器主要是有径向空气分级导致了燃烧这个火焰区初始燃烧区缺氧，这样子有利于氮氧化物还原成氮气。那么在燃尽区这个富氧状况下可以完成碳的燃烧。 第二个是分级燃烧使燃烧的热量逐步释放，除了可以降低火焰温度，可以降低热力氮氧化物生成。 第三个就是外二次风，也是这个外二次风旋流，也是初始燃烧区的在这个地区这个周围形成了回流区。这样子有助于稳定火焰和减少氮氧化物的生成，这是因为回流区把外面的这个高温气体给它旋换为到了燃烧器的跟前来加入这个一次风来稳定燃烧的。另外由于高温气体给它带回这个燃烧气体之前把已经生成的氮氧化物给它旋换回来能够在缺氧的情况下将氮氧化物给它还原成氮气，所以会有效的降低氮氧化物的生成。 那么这个技术现状，大家都知道这个低NOx燃烧器已经被广泛应用，它的成本是比较低的。一般是与炉内的空气分级技术相结合，根据煤质不同大多数是在排放能够达到200—300毫克之间的，但是在某些特定条件下比如说煤质挥发性比较高的，或者是炉膛比较大、比较高的这种也可以达到更低的200毫克以下的排放标准。 另一个是低NOx燃烧器要有四角切圆燃烧的，那么四角切圆比较典型的就是由阿尔斯通公司开发的，国内三大锅炉厂都引进的阿尔斯通公司技术，也在国内做了许多提高改进。那么四角切圆燃烧的主要的技术特点，这个图有问题，得倒过来。这个图正好，这个PPT有点问题。这个燃烧器是布置在四角上面，所以在炉膛内形成四角切圆燃烧。燃烧器，这个燃烧器的喷火，包括这个煤的喷火和空气喷火可以上下大概算一下25度摇摆，那么一次风和二次风基本是直流燃烧器，所以它都是直流的。那么二次风又分为与一次风同向，还有与一次风偏角入射射到炉膛里头，还有一次风同向、二次风还有偏转，二次风在垂直炉膛垂直上下给倒过来，在垂直方向是交错布置的。然后也经常需要来优化一下二次风、一次风，你像二次风它有偏角二次风的风速，提起那个入射角度。 那么四角切圆的燃烧机理是有一部分二次风向外偏离一次风，经常大概20—25度的角度，然后造成了这个炉膛中心区缺氧。刚才这个跟低NOx，刚才跟墙式的低NOx都是一样，缺氧状况下就是已经生成的氮氧化物能够跟燃烧过程当中的中间膛这个含氮自由基给它还原成氮气。然后没有烧完这个碳在这个炉膛上部通过在富氧条件下能够完成碳的燃烧，跟低NOx燃烧一样，跟墙式的低NOx燃烧是一样，这个分级燃烧能够使这个热量逐步释放从而降低火焰温度，降低热力氮氧化物生成。 那么技术现状，这个跟墙式燃烧的低NOx燃烧一样都已经在国内已经被广泛利用了，那个成本也比较低。一般也就是跟炉内空气分析技术相结合的，但是到排放大多也在200—300之间，但是许多工程的实际这个四角切圆燃烧的氮氧化物排放稍微要比墙式燃烧更低一点。

另一个介绍就是炉内空气分级。炉内空气分级技术都适用于这个墙式燃烧，还有四角切圆燃烧的。那么低NOx燃烧的设计特色就是要把通过燃烧器的，要减少通过燃烧器的二次风量可以高达35%的总风量可以作为燃尽风引到主燃烧区的上部来。那么技术要点就是这个燃尽风应该有足够的穿透力能够穿透这个炉膛，并且和炉类气体相吻合。这个燃尽风口的位置和风应该是比较合理的，那么现在看到这张图这是墙式燃烧的蓝径分图，可以看到就是这个蓝径分图有两个部分组成。中心那个部分是直流的，外面那个是旋流的，中间那个部分直流是为了保证燃尽分流足够的穿透力，这个穿透力会降低飞灰当中的碳有至关重要的作用。然后外面一层这个旋流主要是为了改进这个风和炉类的烟气之间的混合，而且它对一氧化碳的控制很重要。 这张图是用到四角切圆的蓝径分图，是直流的，然后可以看到现有设计的这种四角切圆蓝径分图基本上可以做到上下和左右大概15度的摇摆，这样在锅炉…过程中可以给它创造许多…控制，可以根据不同的煤质、锅炉运行条件进行氮氧化物的控制。 所以炉类空气分析的低NOx燃烧机理，就是由于一部分的空气被引到燃烧器区上部这样就导致了主燃烧区缺氧，这跟低NOx燃烧道理是一样的，在缺氧的条件下有利于氮氧化物还原成氮气。然后就是锅炉上部的燃尽区因为富氧，所以可以完成碳的燃烧。同样跟低NOx燃烧器一样，这个分级燃烧使燃烧的热量逐步释放，降低了整个炉膛局部高温，减少热力氮氧化物生成。应该说需要合适的燃尽风的风量以有效的控制氮氧化物和未燃尽碳。这两张图可以看到这是氮氧化物和未燃尽碳随着燃烧器区的余量空气系数的变化，这个早期我们设计的这个燃烧器区的余量空气系数大概是在1左右。现有设计为了氮氧化物控制的要求，现在加速它炉内分级，现在新设计的这种燃烧器这个炉内技术都已经把燃烧器区的余量空气系数给它降低到大概0.8左右。大家可以看出就是余量空气系数越低的话对氮氧化物控制的效率越好，但是另一个方面就是这个燃烧效果都受到影响。 炉内空气分级技术的现状就是跟墙式燃烧一样，跟低NOx燃烧器一样已经得到广泛应用，成本也比较低。一般与低NOx燃烧器联合使用，这种技术在低NOx燃烧器基础上可以进一步减少氮氧化物大概30—40%左右，那么这种技术在一定程度上已经增加了未燃尽碳，但是实际再工程实施过程中这个应该得到有效的控制。所以同时要达标，氮氧化物的排放达标，而且要尽量减少对锅炉效益的影响。

下面我介绍一下炉内燃料分级。炉内燃料分级在国外一些公司开发过这个技术，包括英国、法国同时开发的，这是低NOx燃烧设计特点，使整个锅炉燃烧有三个部分组成的。这个是主燃烧区，这个是再燃区，这个是燃尽区。在主燃区是煤的输入和热的输入逐渐减少，然后在不影响火焰稳定的情况下应该使用尽可能低的余量空气系数。然后在再燃区可以使用煤或者是天然气或者是其他二次燃料，在再燃区热的总输入可以占到整个锅炉热的总输入大概10—30%左右，那么燃尽风，在这里燃尽风的风量大概占了总的总风量的25—30%左右。这个技术跟刚才的炉内空气分级一样就是二次燃料和燃尽风应该有足够的穿透力能够穿透这个炉膛，并且和炉内的气体充分混合。另外，这个锅炉应该有足够的空间能够提供再燃区和未燃尽区的停留时间，这样才能保证燃烧效率或者锅炉效率。另外选择合适的二次燃料和燃尽风的速度和喷口位置。 那么炉内燃料分级的低NOx燃烧的原理，主要是分为在主燃烧区热输入减少了或者是余量减少，适当减少，而且余量空气系数这样差不多接近1，这样有效的减少了氮氧化物，这是在主燃烧区的氮氧化物的生成。 那么在燃尽区的余量空气系数大约控制在0.9左右，所以是处于缺氧状况，这样因主燃烧器区产生的氮氧化物能够在再燃区得到还原，将氮氧化物还原成氮气。然后在炉膛的上部富氧区这个，在富氧的燃尽区能够再完成碳的燃烧。 跟炉内空气分级燃烧一样这个三级，这种燃料分级产生了三级燃烧使这个热量逐步释放，降低了火焰温度，减少了热力NOx生成。 目前这个技术现状在欧洲做过一些示范工程，包括英国公司在英国苏格兰码头对使用天然气二次燃料的这种三级燃烧做过示范。也在那个意大利大概30万千瓦的锅炉里头做过以煤做过二次燃料这种三级燃烧做过示范，但是这个技术目前…还没有得到广泛推广。它的氮氧化物排放可以达到50%以上，它的主要问题是它的成本比较高，可能烧天然气的成本比较高，而且是用铺设管道这个…比较高。另外如果使用煤作为二次燃料的话也存在就是燃尽率有比较大的影响，所以这个技术目前没有得到广泛使用。 最后，我大概根据我所了解的这几个技术在中国的应用情况。对成本比较低，而且容易实施的这个燃烧系统优化，我个人认为有比较大的潜力。我觉得这个原因主要是因为前段时间中国电力比较缺，比较紧缺，而国内在锅炉投入方面时间也比较短，听说不到一个，几个礼拜不到一个月时间都…168实验，所以这个时间比较…，所以在空气，尤其是在空气均衡方面，还有煤粉均衡方面可能做得工作还不够，所以这个有可能是后面在投入之后在慢慢去做补救。但是刚才那个给大伙儿看那个图，其中有一个图没有显示出来，在空气分布不均，还有燃料废物不均是非常严重的。我回国之后了解到几个电厂，一个是扬州电厂，还有其他一些电厂，尤其是哈尔滨锅炉厂投入一些电厂，我有一些现场实施制度，我觉得有好多的调整的余地。 对别的低NOx燃烧器，还有炉内空气，国内研究普遍存在的这种低NOx燃烧器，还有炉内分级技术，大多数的排放，根据我从锅炉厂一些电科院的了解大多数还是认为在200—300毫克。当然我刚才也提过就是国内有一些工作还是非常不错的，在一些特定的煤，比如说…比较高的或者有特定炉膛的，炉膛比较大比较高的，由于这种燃烧比较好控制，所以它的氮氧化物可能燃烧方面…。炉内氮氧化物控制方面能够做得比较，可以加速炉内空气更新，可以把那个氮氧化物排放做得降低，可以降到200毫克…。跟国外一样，我们中国也没有推广使用这种成本相对搞得炉内燃料分级技术，就是刚才说到的三类技术。 对于一般煤质的，为了达到目前的新的排放标准，除了使用炉内技术，现在大家都知道还应该加上烟气处理技术SG或者SNG来达到100毫克或者200毫克的排放标准。谢谢大家！