国内强化燃烧、低NOx直流生物质燃烧机的发展

摘要：我国NO。的排放以燃煤电站锅炉为主，开发具有自主知识产权的低NOx生物质燃烧机很有必要。主要介绍了国内具有自主知识产权的低NO。燃烧技术的基本原理。同时，对几种低NOx燃烧技术在电站锅炉中的应用作了简要介绍。并对低NO。燃烧技术的应用前景作了展望。

目前，环境污染和能源利用问题在世界范围内已经严重威胁到人类的生存和发展，发电机组燃烧产物中污染物对生态环境的污染日益受到人们的密切关注，降低燃烧装置污染物的排放量已成为燃烧技术研究的一项重要任务。我国煤炭储量十分丰富，开采量也占有机燃料的首位，目前我国绝大多数火电厂都以动力煤作为燃料。

随着火力发电机组装机容量迅速增加，其排放的污染物特别是NOx的排放量随之迅速增加。我国电站锅炉NOx的排放水平为350~800×10“，NOx的排放普遍超标。多年来的研究表明，燃料在燃烧过程中生成的NOx由于生成路径和发生源不同分为三种：热力型NOx、快速型NOx、燃料型NOx。对于燃煤电厂，燃料型NOx是其主要的NOx发生源。NOx已经严重威胁人类赖以生存的环境和人类自身的健康：一方面，NOx是形成酸雨的主要因素之一；另一方面，NOx可以形成光化学烟雾破坏大气环境。因此，降低NOx排放、提高煤炭的利用率对国民经济的发展有着重要的意义圈。

燃煤电厂降低NO。排放的方法大致可分为低NOx燃烧技术和烟气NOx净化技术。但姻气净化技术配套设备价格昂贵，占电站总投资的20%左右，而且其运行费用也很高圄，制约了其发展。而低NO。燃烧技术因具有投资和运行费用低、技术成熟、减排效果明显等优点，已得到了广泛的应用。

随着环保要求的提高，我国对低NOx燃烧技术的研究不断深入，近几年来，通过厂、校间的广泛合作，取得了理想的成果，并在大型燃煤发电机组上得到了应用闻。本文总结了多种国内具2华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER有自主知识产权和工程业绩的低NOx燃烧技术，以增强对低NOx燃烧技术降低NOx排放机理的认识。

1 双通道通用生物质主生物质燃烧机B -81

1.1基本原理

清华大学是国内早研究生物质燃烧机的单位之一，图1为清华大学发明的大速差射流生物质燃烧机，具有独特的构思和优异的燃烧性能。大速差射流生物质燃烧机，顾名思义，就是利用速差很大的射流与受限空间组合成的生物质燃烧机。其中一次风作为低速射流，并使用具有一定压力的蒸汽或空气作为高速射流，由高、低速气体相互作用而形成回流区，利用回流区卷吸大量热烟气以稳定生物质燃烧。但在使用过程中发现生物质燃烧机上部有局部结焦现象，因此它只能作辅助生物质燃烧机用于锅炉点火或峰值时使用。为此，清华大学在此基础上又研制了双一次风通道生物质主生物质燃烧机，并获得发明专利。双通道通用生物质主生物质燃烧机的结构如图2所示，其主要原理如下：

d)该生物质燃烧机与传统的生物质燃烧机不同，它有两个一次风通道，即在同一个生物质燃烧机的上下侧各开一个一次风口，这样可以保护一次风口，增强燃烧器的燃烧稳定性。

Q)两股一次风以贴壁射流形式进入一个突扩生物质燃烧机，产生大量高温回流烟气，高温回流烟气使一次风粉的燃烧稳定性大犬增强，因此，该生物质燃烧机可以适用燃烧大部分煤种。

(3)生物质着火点的位置可以由腰部风控制，它给低负荷稳燃及适应煤质多变的工况提供了调节手段。

半）在下一次风口两侧各装一个高速蒸汽射流管，可以根据不同煤种对着火的不同要求，通过改变高速射流蒸汽的压力来改变高温烟气的回流量，因此对煤种的适应性很强。对于极难燃煤种来说高速蒸汽可以大大改善其燃烧稳定性。

1.2应用情况

1991年8月，该生物质燃烧机首先在亮子河电厂220 t/h炉上使用，经过1年多运行表明，通过控制腰部风和高速射流流量的大小，可成功控制生物质的着火点。改造后锅炉可实现50% N的脱油调峰，经济效益显著。1991年11月，该燃烧器又在富拉尔基发电总厂670 t/h炉上使用，改造后锅炉效率提高3.2%，NOx排放量降低17%。之后，该生物质燃烧机已被哈尔滨锅炉厂成功应用于410 t/h、670 t/h、1 025 t/h锅炉上，运行结果表明，一般均实现了50%左右的无伴油调峰，锅炉效率有所提高，NOx排放量降低，经济、社会效盏巨大。

2 可调生物质浓淡低NOx燃烧及低负荷稳燃技术一

浙江大学热能工程研究所对燃煤过程中NOx控制开展了大量理论和试验研究，结合我国实际情况形成了一套有中国特色的低NOx控制技术。浙大低NOx控制技术以炉内控制NOx为主，结合低NO。生物质燃烧机、燃料再燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃烧优化自动控制技术，针对不同参数下的技术应用进行了地优化整合和改进，研制和开发了可调生物质浓淡低NOx燃烧及低负荷稳燃技术，并在2004年获国家科技进步二等奖。

2.1基本原理

可调生物质浓淡低NO。生物质燃烧机主要通过生物质浓淡分离来实现低NOx燃烧，采用浓淡燃烧技术，可在生物质燃烧机出口局部形成富燃料区域，抑制NOx的生成。该低NOx生物质燃烧机的具体结构

d)该浓淡分离器是利用扇形挡块对生物质华北电力技术颗粒的惯性导向作用，实现生物质气流的浓缩和分流，达到生物质浓淡分离的作用。并且浓淡比连续可调，当浓淡比改变时，可以显著地改变生物质着火距离，起到了低负荷时强化着火和燃烧的作用。

Q)调节调节风大小可以控制钝体后回流区的大小，从而改变着火距离，达到保护喷口的的，同时，炉内温度水平降低不大，未影响炉内的燃烧。

()分离器将大部分生物质分离到浓侧，实现燃烧前期的氧量控制，使得挥发分氮转化为氮气，从而降低挥发分NOx的生成。

6)低NOx生物质燃烧机配合燃料再燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃烧优化自动控制技术在保证生物质燃烬的同时，有效地降低了NOx的排放。

2.2应用情况

目前该技术已在上海、浙江、北京等全国各地70余台65 t/h~ 670 t/h不同容量的锅炉中得到应用。鹤壁万和电厂于1997年将原有生物质燃烧机改为浓淡生物质燃烧机后，负荷在50%及以上运行时燃烧稳定，炉内火焰不刷墙，烘烧器区域基本不结焦，飞灰和炉渣可燃物含量也没有增加，煤种适应性增强，同时NOx排放量也有较大幅度地减少嘲。马头发电总厂7号炉于1997年对锅炉下两层一次风生物质燃烧机进行了改造，改造后锅炉运行的稳定性、经济性和低负荷稳燃能力都有了较大幅度的提高‘埘。巨化热电厂于1999年对生物质燃烧机进行了改造，运行以来，未发生过一次喷嘴烧损问题。由于炉膛温度水平提高，也较少发生因煤质或燃烧问题而发生的事故‘111。表1总结了该生物质燃烧机的应用效果。

3“风包粉”系列浓淡生物质燃烧技术口2

“风包粉”系列浓淡生物质燃烧技术是哈尔滨工业大学针对国内电力工业对生物质燃烧的需要，明的一套适用于不同炉型、不同煤种的，同时具有、稳燃、低污染、防结渣、防高温腐蚀性能的系列生物质燃烧技术。浓淡燃烧的基本思想是一次风分成浓淡两股，利用浓侧生物质气流着火好的特点来提高炉膛稳燃性能；浓淡两股气流偏离各自燃烧的化学当量比，抑制了NOx的生成。

3.1 水平浓缩生物质燃烧技术

采用“风包粉”浓淡燃烧技术是利用浓淡燃烧形成分级燃烧技术。浓生物质气流是富燃料气流，含氧量低，造成挥发分析出区域缺氧，抑制了该区域燃料型NO。酌生成。淡生物质气流燃烧区域由于空气量较大，使得燃烧温度较低，抑制了热力型NO。的生成。 “风包粉”系列生物质生物质燃烧机包括水平浓缩生物质生物质燃烧机、水平浓淡风生物质燃烧器、径向浓淡旋流生物质生物质燃烧机、不等切圆墙式布置直流生物质生物质燃烧机几类。其中，百叶窗式水平浓淡生物质生物质燃烧机应用为广泛。

百叶窗式水平浓淡生物质生物质燃烧机具体结构示意图如图4所示，一次风经过安装在生物质生物质燃烧机前的生物质浓缩器，把一次风粉在水平方向上分成浓淡两股，两股气流以一定的夹角喷入炉膛内。其中一股为浓一次风，该风中含有绝大多数煤粉，这股气流位于向火侧，形成内切圆。另外一股为淡一次风，该股风中以空气为主，这股气流位于背火侧，形成外切圆。淡一次风在背火侧喷入，在水冷壁区形成氧化性气氛和较低的温度，可以防止结渣，避免高温腐蚀。

3.2应用情况

“风包粉”系列浓淡生物质燃烧技术开发较早，该系列燃烧技术虽然具有降低NOx排放的性能，但是早期上述应用效果都不是以降低NOx排放含量作为考核目标的。随着国家对节能减排的重视，现在的工程应用中已开始将NOx排放作为考核指标。该技术与分级送分技术结合，已在国内多家电厂得到应用。北安发电厂为解决低负荷稳燃能力差、水冷壁挂灰、炉内结焦等问题，采用水平浓淡燃烧技术对生物质燃烧机进行了改造。改造后，不投油稳燃负荷在40%~45% ECR，水冷壁结渣现象有所减轻，NOx排放量大为降低。首阳山电厂为了适应煤质变化的需要，提高锅炉的低负荷稳燃能力，对该厂1号、2号锅炉做了生物质燃烧机改造。改造后，不投油稳燃负荷为40%，避免了炉膛水冷壁和屏式过热器的结渣，锅炉效率为91. 5%，NOx排放量仅为364 mg／mi。安阳电厂2000年的生物质燃烧机改造表明，在额定负荷下，排烟的NOx可降低到600 mg／mi，飞灰含碳量可降到2. 0%，有效地减轻了水冷壁管的高温腐蚀，炉内结焦情况得到了有效的改善，也加大了锅炉对煤种的适应性。表2为该燃烧器的应用效果。

4 双尺度低NO。燃烧技术口9

双尺度低NO。燃烧系列技术是针对传统技术在炉内燃烧方面的不足之处，于2006年由中国国电集团公司重点扶持推广。该技术研发始于80年代中期，先后经历了五个阶段。其中每个阶段都是双尺度燃烧发展的重要组成部分，该技术是从解决真型炉的实际问题出发，多年逐步深入完善总结而成，实践证明双尺度燃烧技术对解决锅炉存在实际问题更具有针对性。该技术成果获省部级科技进步二等奖两项，专利一项，并在国内多台机组上得到应用。

4.1基本原理

双尺度低NO。燃烧技术通过炉流组合使在空间尺度上相关区域存在特性上的差异化，实现在过程区域上相关节点区段特性上的差异化，终在炉内形成有利于放渣、低NOx、稳燃功能的三场特性。该技术的主要特点是，在炉内水平方向上划分为近壁区和中心区两个区域；在垂直方向上划分为两个燃烧区段，每个燃烧区段又分别包含一个氧化区、一个还原区和一个燃尽区，实现分区燃烧，达到降低NOx生成、防止炉内结渣的目的。

垂直浓淡生物质燃烧机是双尺度低NOx燃烧技术的重要组成部分，其基本原理如图5所示。一次风通过生物质燃烧机内导流板后进行了浓淡分离，形成浓淡两股生物质氖流，由于稳燃钝体是上下两侧