近十年來(lái)，浙江大學(xué)熱能工程研究所對(duì)燃煤過(guò)程中氮氧化物控制開(kāi)展了大量的理論及實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)燃煤過(guò)程中的NO_x生成規(guī)律及生成破壞機(jī)理，結(jié)合當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的NO_x控制研究成果，浙大熱能工程研究所對(duì)NO_x燃燒中控制以及燃燒后控制各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了全面地研究創(chuàng)新，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況形成了一整套有中國(guó)特色的低NO_x控制技術(shù)。浙大低NO_x控制技術(shù)以爐內(nèi)控制NO_x為主，結(jié)合空氣分級(jí)燃燒Stage-air、燃盡風(fēng)OFA和燃料再燃Reburning以及SNCR等各項(xiàng)技術(shù)，針對(duì)不同參數(shù)下的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了全面地優(yōu)化整合與改進(jìn)，并且研制開(kāi)發(fā)了獨(dú)具浙大特色的低NO_x燃燒器LNB技術(shù)——“可調(diào)煤粉濃淡低NO_x燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)”，該項(xiàng)技術(shù)近年來(lái)在工程應(yīng)用中得到不斷發(fā)展并完善，應(yīng)用結(jié)果表明該技術(shù)具有低NO_x排放，低負(fù)荷穩(wěn)燃，濃度連續(xù)可調(diào)，防止結(jié)渣，煤種及負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

1.可調(diào)煤粉濃淡低NO_x燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)

可調(diào)煤粉濃淡低NO_x燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)主要通過(guò)煤粉濃淡分離來(lái)實(shí)現(xiàn)低NO_x燃燒，同時(shí)兼有穩(wěn)燃的效果。采用濃淡燃燒技術(shù)，可在燃燒器出口局部形成富燃料區(qū)域，造成還原性氣氛，抑制NO_x的生成，能使NO_x有較大幅度降低。下降幅度同樣視改造的層次而定，層次越多，下降幅度越大。另外，該技術(shù)還采用了“濃淡燃燒＋穩(wěn)燃體”雙穩(wěn)燃技術(shù)，確保低負(fù)荷下具有良好的穩(wěn)燃效果：對(duì)于四角直流燃燒器改造1～2層可使低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃效果從70%負(fù)荷降至40%～50%負(fù)荷。其具體原理及其技術(shù)分析如下：

（1）扇狀流線型撞擊式慣性煤粉濃淡分離燃燒技術(shù)

該濃淡分離裝置的基本設(shè)計(jì)思想是利用扇形擋塊對(duì)煤粉顆粒的慣性導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)煤粉氣流的濃縮和分流，達(dá)到煤粉濃淡分離目的。如圖1所示。

濃度的連續(xù)可調(diào)是通過(guò)改變擋塊高度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)擋塊轉(zhuǎn)動(dòng)使高度發(fā)生變化時(shí)，顯然濃淡分離效果是不同的，這樣達(dá)到煤粉濃度連續(xù)可調(diào)目的。

圖1撞擊式煤粉濃淡分流器示意圖

（2）穩(wěn)燃體穩(wěn)燃技術(shù)

在燃燒器噴口采用V型穩(wěn)燃體，關(guān)于V型穩(wěn)燃體的穩(wěn)燃作用及效果已在實(shí)踐中得到認(rèn)同。我們?cè)谠薪Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了帶中心可調(diào)風(fēng)的V型穩(wěn)燃體燃燒技術(shù)，在V型體中間加入調(diào)節(jié)風(fēng)，直接噴入爐內(nèi)，通過(guò)改變?nèi)紵鞒隹诹鲌?chǎng)特性及煤粉濃度達(dá)到調(diào)節(jié)目的。

除了具有良好的低NO_x控制以及低負(fù)荷穩(wěn)燃效果以外，該技術(shù)還具有如下特點(diǎn)：

1）煤粉濃度可連續(xù)調(diào)節(jié)

2）噴口超溫報(bào)警系統(tǒng)

3）有良好的防結(jié)渣性能

4）濃度轉(zhuǎn)向及均勻作用

5）改造簡(jiǎn)單，操作方便，阻力損失小

6）噴口及主要耐磨部件壽命長(zhǎng)

目前，該項(xiàng)技術(shù)已在容量為65t/h-670t/h的近五十臺(tái)鍋爐上應(yīng)用，均取得了很好的應(yīng)用效果。

2.燃料再燃燒技術(shù)（Reburning）

再燃燒技術(shù)是指在爐膛內(nèi)設(shè)置二次燃料貧氧燃燒的NO_x還原區(qū)段，以控制NO_x的最終生成量的一種爐內(nèi)燃料分級(jí)(區(qū))燃燒技術(shù)。它首先由德國(guó)在80年代末期提出，稱為IFNR技術(shù)(InFurnaceNO_xReduction)。這一技術(shù)很快引起歐洲、北美和日本的普遍關(guān)注，投入研究開(kāi)發(fā)力量，取得了很大的成就，使再燃技術(shù)很快商業(yè)化。燃料再燃實(shí)際上是把爐內(nèi)燃燒過(guò)程沿爐膛高度分為如圖2所示的三個(gè)燃燒區(qū)：

（1）主燃區(qū)，大部分燃料在該區(qū)燃燒，其化學(xué)當(dāng)量比(SR)大于1。由于該區(qū)氧氣充足，火焰溫度較高，因此將形成較多的NO_x。此外，會(huì)有一定量的未完全燃燒產(chǎn)物和NO_x，一起進(jìn)入再燃區(qū)。

（2）在燃區(qū)，在燃燃料在空氣不足的條件下噴射到主燃區(qū)的下游，形成還原性氣氛（α＜1），有利于主燃區(qū)生成的NOX進(jìn)行還原反應(yīng)，最終生成N₂。

（3）燃盡區(qū)，在該區(qū)加入其余空氣，形成富氧燃燒區(qū)（α＞1）使未完全燃燒產(chǎn)物燃盡。式（1）、（2）和（3）是主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)的主要化學(xué)反應(yīng)。在再燃區(qū)NO_X被還原成N₂，而在燃盡區(qū)，還會(huì)有少量的NO_X再度生成。

        N₂+O₂→NO_X                                            (1)

        CH_X+NO_X→CN+NH₂+H₂O

        NO_X+NH₂→N₂+H₂O

        NO_X+CN→N₂+CO

        NO_X+CO→N₂+CO₂                                 (2)

        CH_X+CO+O₂→CO₂+H₂O

        CN+NH₂+O₂→NO_X+CO₂+H₂O             (3)

再燃燃料多種多樣，可以是油、天然氣、液化氣、煤粉、生物質(zhì)、廢棄可燃物、水煤漿等等。一般地說(shuō)，煤粉再燃對(duì)NO_x還原效果要略差于天然氣再燃。煤粉再燃中，揮發(fā)份高的煤如褐煤，再燃的脫硝效果比其他煤種好一些。

再燃技術(shù)中關(guān)鍵參數(shù)包括：再燃比例、再燃區(qū)停留時(shí)間、再燃區(qū)的化學(xué)當(dāng)量比等。對(duì)于不同性質(zhì)和粒度的再燃燃料，這三個(gè)參數(shù)是不同。另外，其他參數(shù)，如燃燼區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)、爐內(nèi)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)等也會(huì)不同程度地影響再燃脫硝效果。

再燃脫硝效果比低N0_x燃燒器脫硝效率高，用于電站鍋爐脫硝引起國(guó)內(nèi)外專家的重視。再燃技術(shù)因其初期投資小、改造工作量小、運(yùn)行成本低，得到了迅速發(fā)展，目前全世界已有數(shù)十臺(tái)鍋爐采用再燃控制N_Ox排放，脫硝率一般為30%～60%。采用再燃技術(shù)控制鍋爐NO_x排放，能夠滿足不同地區(qū)的不同環(huán)保要求，具有很好的適應(yīng)性。再燃技術(shù)主要的優(yōu)點(diǎn)有：

1、設(shè)備簡(jiǎn)單，安裝、改造工作量小，適用范圍廣?，F(xiàn)有鍋爐應(yīng)用再燃技術(shù)，只需主燃燒器上方增加再燃燃料噴嘴和燃盡風(fēng)噴嘴即可。相對(duì)于其他NO_x控制技術(shù)，再燃技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，安裝、改造工作量小，適用于各種燃料的各種爐型，如四角燃燒爐、對(duì)沖爐、旋風(fēng)爐。

2、成本低。與選擇性催化還原SCR技術(shù)和低NO_x燃燒器技術(shù)相比，再燃技術(shù)因其設(shè)備簡(jiǎn)單，改造工作量小而初期投資成本小。而且，因無(wú)須催化劑再燃技術(shù)的運(yùn)行成本更是比SCR技術(shù)低很多。美國(guó)能源部經(jīng)濟(jì)分析預(yù)測(cè)，對(duì)于同樣高效NO_x控制技術(shù)，再燃技術(shù)比SCR便宜2～3倍。

3、對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響小。應(yīng)用再燃技術(shù)控制NO_x，對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響小。運(yùn)行方式靈活，可以隨主燃燒器一起投運(yùn)，增加機(jī)組帶負(fù)荷能力，也可以作為低負(fù)荷燃燒器，增加機(jī)組的低負(fù)荷能力。再燃可能帶給機(jī)組運(yùn)行不利的影響是結(jié)渣加重和飛灰含碳量增加，但通過(guò)運(yùn)行調(diào)節(jié)如配風(fēng)和煤粉細(xì)度可以較好地解決問(wèn)題。

3.空氣分級(jí)燃燒技術(shù)（Stage-air）

空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的基本原理與燃料再燃相似，也是通過(guò)將燃料的燃燒過(guò)程分段進(jìn)行來(lái)減少NO_x的生成量?？諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)將燃燒用風(fēng)分為一、二次風(fēng)，通過(guò)減少煤粉燃燒區(qū)域的空氣量來(lái)提高燃燒區(qū)域的煤粉濃度，并且通過(guò)分級(jí)配風(fēng)設(shè)計(jì)來(lái)推遲一、二次風(fēng)混合時(shí)間，使煤粉進(jìn)入爐膛時(shí)形成富燃料區(qū)，并在富燃料區(qū)進(jìn)行缺氧燃燒，從而降低燃料型NO_x的生成。然后缺氧燃燒產(chǎn)生的煙氣再與補(bǔ)入的二次風(fēng)混合，使燃料完全燃燒。

空氣分級(jí)燃燒技術(shù)按分級(jí)方向分主要有兩種方式：水平方向空氣分級(jí)燃燒和垂直方向空氣分級(jí)燃燒。

水平方向空氣分級(jí)燃燒，使部分二次風(fēng)射流偏向爐壁，遠(yuǎn)離燃燒中心，延遲了煤和空氣的混合，減少了火焰中心NO_x的生成量。同時(shí)可避免水冷壁附近還原性氣氛的形成，減弱水冷壁的高溫腐蝕。

垂直方向空氣分級(jí)燃燒，一般通過(guò)調(diào)整整組燃燒器頂部加裝的燃盡風(fēng)噴嘴的數(shù)量和位置，并使其風(fēng)量占二次風(fēng)總量的14％左右，作為降低NO_x的手段。根據(jù)燃用煤質(zhì)情況的不同，二次風(fēng)風(fēng)量大小可沿高度實(shí)現(xiàn)不同的分級(jí)送風(fēng)方式，既可保證煤粉的燃盡，又達(dá)到降低NO_x的目的。

與燃料再燃相似，空氣分級(jí)燃燒也有著設(shè)備簡(jiǎn)單，改造、運(yùn)行成本低，對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響較小等優(yōu)點(diǎn)。目前，空氣分級(jí)燃燒的脫硝率一般在20％～30％之間。

4.燃燒優(yōu)化自動(dòng)控制技術(shù)

為了使各種低NO_x控制系統(tǒng)運(yùn)作與配合良好，以確保其預(yù)期效果，必須對(duì)整個(gè)脫硝系統(tǒng)以及燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化自動(dòng)控制。首先，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)盡量控制各燃燒器之間的燃料量分配偏差在±5％至±10％的范圍內(nèi)，一次風(fēng)量偏差在±10％或更小的范圍內(nèi)，保持一次風(fēng)煤粉管內(nèi)的流速在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)超過(guò)其最低速度極限，以最大限度地減少一次風(fēng)管中可能存在的煤粉沉積及管道堵塞問(wèn)題；其次，應(yīng)保持二次風(fēng)量與各燃燒器的燃料量的匹配，并控制各組燃燒器的二次風(fēng)量偏差在±10％的范圍內(nèi)、合理組織二次風(fēng)沿爐膛高度方向上的分級(jí)燃燒以降低NO_x排放；同時(shí)，調(diào)整磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)使煤粉保持足夠的煤粉細(xì)度，在實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒降低NO_x排放的同時(shí)保持煤粉的燃盡。

浙大熱能工程研究所在燃燒優(yōu)化自動(dòng)控制方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，所有自動(dòng)控制工程設(shè)計(jì)將遵循以下技術(shù)目標(biāo)和原則：

1)標(biāo)準(zhǔn)化。所有工程設(shè)計(jì)及其實(shí)施將按照國(guó)家、地方的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。所選用的系統(tǒng)，設(shè)備，產(chǎn)品和軟件符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或主流模式。

2)先進(jìn)性。工程的整體方案將保證具有明顯的先進(jìn)特征?？紤]到電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，所有設(shè)計(jì)在技術(shù)上將適度超前，所采用的設(shè)備，產(chǎn)品和軟件不僅成熟而且能代表當(dāng)今世界的技術(shù)水平。

3)實(shí)用性。工程設(shè)計(jì)將以用戶需求分析著手，并以得到用戶認(rèn)可的需求為目標(biāo)來(lái)開(kāi)展工作，保證滿足目前及將來(lái)的各種需要。

4)合理性和經(jīng)濟(jì)性。在保證先進(jìn)性的同時(shí)，以提高工作效率，節(jié)省人力和各種資源為目標(biāo)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，充分考慮系統(tǒng)的實(shí)用和效益，爭(zhēng)取獲得最大的投資回報(bào)率。

5)安全性和可靠性。安全和可靠是對(duì)動(dòng)力能源的基本要求，是自動(dòng)控制工程設(shè)計(jì)所追求的主要目標(biāo)。

6)模塊化和可擴(kuò)充性。集成管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)將是結(jié)構(gòu)化和模塊化的，具有很好的兼容性和可擴(kuò)充性，既可使不同廠商的設(shè)備產(chǎn)品綜合在一個(gè)系統(tǒng)中，又可使系統(tǒng)能在日后得以方便地?cái)U(kuò)充，并擴(kuò)展另外廠商的設(shè)備產(chǎn)品。

7)方便性和舒適性。燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)使用人性化的人機(jī)界面，其使用和操作上將是十分方便和舒適的，能夠?yàn)榭蛻籼峁┳钣行У男畔⒎?wù)，提供高效、舒適、便利和安全的工作環(huán)境。

8）靈活性。系統(tǒng)提供管理人員和用戶靈活移動(dòng)和變更設(shè)備的可能。

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