工业锅炉中的燃料分级燃烧技术及应用

（一）工艺原理

燃料分级燃烧技术又称为再燃烧技术或三级燃烧技术，其特点是将燃烧分成三个区域。①一次燃烧区（即主燃烧区）是氧化性或弱还原性气氛；②在第二燃烧区，将二次燃料送入炉内，使其呈还原性气氛（α＜1），在高温和还原气氛下，生成碳氢原子团，该原子团与一次燃烧区生成的NOx反应，主要生成N2，这个区域通常称为还原区或再燃烧区，二次燃料通常称为再燃燃料；③在还原区的上方，送入二次风使再燃燃料燃烧完全，该区域称为燃尽区，这部分二次风也称为燃尽风。燃尽过程中虽然会重新生成少量的NO，但总的来看，使用再燃烧技术后，煤粉炉NOx排放量会大大降低。

再燃技术可保证燃料燃烧初期的良好燃烧条件，可解决其他低氮燃烧技术在燃用低挥发分煤种效果较差的问题，其降低NOx的效果比空气分级燃烧技术显著，一般可达50%～70%。虽然再燃系统较为复杂，但是对于难燃煤的NOx控制有其优越性。

（二）技术参数

燃料分级燃烧技术的核心部分是再燃区技术参数的选择与控制，这些参数主要有再燃比例、再燃燃料的种类、再燃区温度、再燃区停留时间、再燃区空气过剩系数、再燃燃料投入位置、混合状况及投入量和后续燃尽风喷入位置等。

1.再燃比例

为保证再燃区对NOx的还原效果，必须送入足够的再燃燃料。随着再燃燃料份额增加，NOx排放量降低，但降低幅度减小。再燃燃料在炉内的停留时间较短，再燃燃料份额的增加势必增加燃烧损失，对于选用固体燃料作为再燃燃料更明显。因此再燃燃料份额应针对不同再燃燃料和锅炉的不同条件确定，一般为10%～25%。

2.再燃燃料种类

再燃燃料有天然气、煤粉、生物质、水煤浆、煤渣、重油、沥青等。再燃燃料的品质对NOx的还原过程影响很大。由于二次燃料是从炉膛上部引入，一般停留时间比较短，所以宜用易着火的燃料。此外，由于二次燃料含有燃料氮，会降低还原效率，故要求其含N量低，以减少NOx的排放。

二次燃料的选择受制于资源条件、技术经济性比较等多种因素。一般选用天然气和超细煤粉较为适宜。

由于天然气中不含燃料氮，CH的浓度大，有利于还原过程速率的提高和NO还原反应的进行，而且输送方便，不需要配备专门的制粉系统，尤其适用于有稳定气源的锅炉改造工程。

超细煤粉有利于维持高燃尽度，在达到降低NOx排放的同时又不增加飞灰含碳量，可以解决常规煤粉再燃不完全、燃烧损失较大、NOx还原率低的问题，同时超细煤粉可通过改造原有制粉系统获得，所以其再燃低氮燃烧技术既可应用于新设计的煤粉锅炉，又可应用于现役锅炉的改造。(www.xing528.com)

3.再燃区温度

再燃区在一定温度范围内随着温度的提高有利于固定氮的分解，热解产生的HCN和NH3越多，NOx还原率越高。通常要求再燃区的温度水平在1 200 0C左右。

4.再燃区停留时间

适宜的再燃区停留时间是保证NOx还原率和燃烧效率的重要条件。还原区的温度越高，停留时间越长，则还原反应越充分，NOx降低效果也越显著。对不同的燃烧设备，最佳的停留时间要由试验确定。一般来说，再燃区内烟气和燃料的停留时间在0.4～1.5s之间。

5.再燃区空气过剩系数

再燃区中空气过剩系数最佳值应根据煤种、再燃燃料、温度和停留时间等条件通过实验来确定。再燃区空气过剩系数的减小虽有利于NOx的降低，但当α＜0.8时，飞灰含碳量急剧增加。再燃区空气过剩系数越低，其还原性气氛越强，容易造成炉膛水冷壁的高温腐蚀。一般空气过剩系数α选在0.8～1.0。

6.再燃燃料投入位置、混合状况及投入量

再燃燃料的送入位置应考虑温度相对较高，与主烟气混合可形成微还原性气氛，以及足够的反应停留时间等诸多因素。再燃燃料投入量也不应过多，否则会造成再燃燃料的不完全燃烧，产生新的排放，甚至会发生再燃部位局部高温、损坏设备等问题。

7.后续燃尽风喷入位置

再燃系统的最上部是燃尽风，燃尽风喷口位置距再燃喷口的距离必须足够远，以使再燃区内有足够的停留时间发生NOx的还原反应。同时，燃尽风喷口位置又不能距再燃喷口太远，否则不能保证炉膛内的完全燃烧。