低NOx煤粉燃烧器技术研究进展
白月娟1,2,3，王永英1,2,3
【摘 要】摘 要:针对NOx排放标准中50 mg/m3超低排放限值的要求，阐述了燃煤锅炉降低NOx的必要性。分浓淡分离燃烧型和阶段燃烧型2个类型综述了典型低NOx旋流燃烧器的研究进展，并详细介绍了水平浓缩煤粉燃烧器、双分级低NOx直流燃烧器、双调风旋流燃烧器、双锥燃烧器等燃烧器降低NOx的原理及其技术特点。介绍了脉动燃烧和无焰燃烧2种未来可能应用于低氮燃烧器的燃烧新技术，指出NOx煤粉燃烧器技术需与烟气后处理的非选择性催化还原和选择性催化还原等氮氧化物减排技术相结合，以进一步降低NOx及减少后续烟气处理成本。 【期刊名称】煤质技术 【年(卷),期】2018(000)002 【总页数】6
【关键词】关键词:煤粉燃烧器;氮氧化物;浓淡偏差;阶段燃烧型;脉动燃烧;无焰燃烧;催化还原
0 引 言
NOx为燃煤锅炉排放的大气污染物之一，其为多种氮氧化物的总称，参与酸雨、雾霾等的形成过程。国家对烟气中污染物排放的要求日趋严格，GB 13223—2011《火电厂大气污染》标准中提出燃煤锅炉NOx排放限值为100 mg/m3，而2014年国家发改委、环保部、国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划》中要求实现燃煤锅炉达到燃气排放的环保改造，即NOx“超低”排放<50 mg/m3。在该背景下众多燃煤锅炉开始低氮改造，开启各种低
NOx煤粉燃烧器的应用和改造。NOx的生成量与燃烧工况密切相关，NOx也被认为是最有希望从燃烧措施改进中得到控制的燃煤污染物。通过低氮燃烧器的特殊结构以及改变燃烧器中的风煤比例，将空气分级、燃料分级以及烟气再循环等各项技术应用于煤粉燃烧，在稳定燃烧的基础上，通过降低着火区含氧量及温度，实现减少NOx生成的目的，此即为低NOx燃烧器技术[1]。通过低NOx燃烧器技术，降低炉膛出口的氮氧化物浓度，从而可节约后续NOx控制技术的投资和运营成本。按照控制原理，低NOx燃烧器主要分为浓淡分离燃烧型及阶段燃烧型，以下分类型对国内外低氮煤粉燃烧器技术研究进展展开综述，并提出未来可能应用于低氮燃烧器的燃烧新技术，以期对现有燃烧器的低氮改进及新低氮燃烧器的设计提供参考。
1 浓淡分离燃烧型低NOx燃烧器
浓淡分离技术采用各种类型的结构使一次风中的煤粉混合物分离成浓煤粉气流、淡煤粉气流。浓煤粉气流里空气量少，不但能够加强煤粉的着火和燃烧，且在含氧量不充足的弱氧化性气氛下抑制了燃料型NOx的生成，而淡煤粉气流空气量相对较多，但因燃烧时温度低，热力型NOx的生成量少[2]，因而总NOx的生成量是降低的[3，4]。以下介绍典型应用浓淡分离技术的几种燃烧器。 1.1 PM燃烧器
日本三菱公司研发的PM(Pollution Minimum)低污染燃烧器，实现煤粉浓淡分离的关键设备为分离器。利用煤粉经过弯头的离心原理，由1个煤粉弯头和2个一浓一淡喷头组成，如图1所示。
在离心力作用下，浓相煤粉气流进入上层，淡相煤粉气流进入下层，两者用独立的喷嘴送入炉内[5，6]。为调节过热器和再热器的温度，PM燃烧器喷口角
度可在30°范围内上下摆动[2]，同时该燃烧器还具有烟气再循环喷口和再燃风喷口，是集浓淡燃烧、炉内空气分级和烟气再循环技术于一体的低NOx燃烧体系统[7]，被国内较多机组应用。
随着浓淡分离装置结构的不断成熟和完善，日本三菱开始注重浓淡分离装置的精确调节[8，9]，先后开发出A-PM燃烧器和M-PM燃烧器。其中M-PM燃烧器于2010年研发，如图2所示。
哈尔滨锅炉厂购买了该技术并在国内进行推广和应用。M-PM燃烧器改进之处在于煤粉在燃烧器入口的煤粉管弯头内进行浓淡分离，淡煤粉环形包裹浓煤粉从1个喷嘴喷出，在喷口出口燃烧形成很大的均匀着火面，低氮效果较PM燃烧器进一步增强。据国内应用该技术的研究表明[10-12]，结合配风调整，SCR入口浓度由改造前300 mg/Nm3～520 mg/Nm3降低至134 mg/Nm3～256 mg/Nm3。 1.2 WR燃烧器
CE公司自20世纪70年代末开始低NOx燃烧器的研究，陆续研制了一系列低NOx燃烧器，其中WR(wide Range)燃烧器率先得到广泛应用，即该宽调节比燃烧器经上海锅炉厂引入国内[9]，曾成功应用于铁岭、妈湾、珠江等多家电厂。WR燃烧器如图3所示。
WR燃烧器利用90°弯头使煤粉形成浓淡两股，并置水平隔板，浓淡侧煤粉比可达7∶3，并一直保持到燃烧器出口。在燃烧器出口增加1个“V”形钝体[6，13，14]以形成高温回流区，再加上波纹型扩流锥、周界风的调节，一级上下摆动调节再热气温，顶部风形成二级燃烧等，具有较好的低NOx排放性能。哈尔滨锅炉厂曾在此基础上进行改进，在喷口四周加装波形板，形成了改进型
低NO x煤粉燃烧器技术研究进展
