0  前言
　　燃煤燃燒過程中排放的NOX氣體是危害大，且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統，損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質之一。我國是燃煤大國，開展對降低NOX排放的治理具有十分重要的意義。
　　國內外在降低鍋爐NOX排放方面進行的工作大致可分為以下3個方面：
    （1）鍋爐燃燒技術的改進。
    （2）無催化情況下向爐內噴氨水。
    （3）有催化物的氨水噴射系統。
　　后兩類技術都是在鍋爐燃燒生成NOX以后，用氨來還原NOX。這不僅增加設備投資和運行維護費用，還可能引起預熱器等鍋爐尾部受熱面的堵塞等。因此，要降低NOX的排放量，更有效的方法是改進爐內燃燒狀況。
1  燃燒技術的改進措施
　　目前，鍋爐燃燒技術的改進主要有：低NOX燃燒器；分段燃燒技術；爐膛內降低NOX技術和煙氣再循環等。有關資料表明，綜合考慮NOX值和成本兩個方面，使用低NOX燃燒器和爐膛內降低NOX是既經濟又最有效方法。
爐膛內降低NOX技術包括：
   
（1）采用分級混合燃燒，降低氧濃度和燃燒溫度以及將燃燒器噴嘴出口燃料分為濃稀兩相。在主燃燒器實行低氧，低溫燃燒降低NOX生成。在燃燒器頂部設置燃燼風噴嘴（OFA），配以不同的風量，燃盡在主燃燒區低氧條件下產生的未燃氣體和碳份。分級燃燒主要使燃燒完全和降低NOX排放為最佳。
    （2）采用分級配風的方法有：
　　1）在配風方式上使煤粉氣流與“二次風”氣流的混合燃燒分為兩個“區域”進行。在一次燃燒區內煤粉是在“缺氧”（一般控制空氣系數n＝0．7～0．75）的工況下進行著火燃燒。一次燃燒區中未燃盡的煤粉顆粒（焦碳）與余下的燃燒空氣（分級二次風）在二次燃燒區進行混合、燃盡。
　　2）燃燒器主風箱中設置一定數量的富裕噴嘴，當煙氣中未燃物上升到排放標準以上時，分別投入運行。
　　（3）控制送入爐膛的燃料和風量分配均勻，通過測量把燃料偏差控制在5％以內，風量偏差在10％以內，達到優化燃燒，降低NOX的目的。
2  國外開發的低NOX燒煤燃燒器
　　（1）墻置式分級混合燒煤燃燒器（西德斯坦因繆勒公司生產）
　　燃燒器為圓形墻置式，前后墻對沖布置的軸向旋流燃燒器，從燃燒器中心管圓形截面流出的是中心二次風。燃燒器燒油時才投入中心二次風，燒煤時其中心二次風擋板幾乎處于關閉狀態。煤粉一次風氣流是由環行截面噴入爐膛。除中心風外，下剩的二次風分成周界風和分級風兩部分。周界風的環行噴口處于煤粉噴口的外側，兩者同心。分級風的噴口布置在燃燒器外圍，該噴口可以是圓形的也可以是縫隙式。分級風用擋板進行調節。煤粉一次風和周界風在燃燒器出口附近形成一個低于理論空氣量運行的一次燃燒區。而分級風以分股射流的方式從一次火焰外部噴入燃盡區，保證了煤粉的完全燃燒。
　　Weihen電站0．7萬kW燃煤鍋爐改裝為分級混合燃燒器后，滿負荷運行時，當分級風接近關閉時，測得鍋爐的NOX排放量為550mg／m3，投用分級風后，當控制一次燃燒區的空氣系數為n1＝0．9時，NOX排放量為335mg／m3，約減少了40％；當n1＝0．75時，NOX排放量為270 mg／m3，約減少了50％。
　　（2）多股火焰燃燒器（美國福斯特惠勒（FW）公司生產）
　　該燃燒器采用兩層二次風，煤粉一次風氣流經環行通道噴出四股射流，每股射流各自形成火焰。此燃燒器一次風的多股噴射和二次風的雙層配風方式，能保證在噴口6．83～3．05m的范圍內，燃燒區的空氣量維持在60％～70％的理論空氣量。預期的鍋爐的NOX排放量為0．21 b／106Btu（150～155mg／m3）。
　　（3）DMB燃燒器（美國能源和環境研究所（EER）生產）
　　具有3個同心的環行噴口中心煤粉一次風噴口和內外層雙調風器的二次風噴口。以上3個噴口供給的風量總和為70％的理論空氣量。另外，在燃燒器的周圍布置了幾個空氣噴嘴，引入的三次空氣量使鍋爐爐膛具有20％的空氣過剩量，用以保證煤粉顆粒的燃盡。預期的鍋爐的NOX排放量為0．451b／106Btu。
    （4）SGR煤粉燃燒器（日本三菱重工生產）
　　其結構是煤粉一次風噴嘴與輔助二次風噴嘴相間布置，與傳統的切向燃燒器相比，SGR煤粉燃燒器在結構上具有如下特點：
　　1）在煤粉噴嘴的上下方各布置一個再循環煙氣分隔（SGR）噴嘴，通過SGR噴嘴向爐膛噴入再循環煙氣。
    2）由于SGR噴嘴的存在，使煤粉隔倉和輔助三次風的間距加大。
　　3）SGR的煤粉噴嘴出口是漸擴型，用以保證煤粉氣流靠近噴嘴出口發生著火，并起著穩定火焰的作用。
　　SGR射流對一、二次風射流的分隔作用，把煤粉的燃燒過程分為兩個燃燒區，它的NOX排放量是一次燃燒區生成的（NOX）p和二次燃燒區生成的（NOX）s的總和。預期鍋爐的NOX排放量為0．21b／106Btu（150～155 mg／m3）。
　　（5）HTNR低NOX燒煤燒器（荷蘭拔伯葛－日立公司生產）
　　HTNR燃燒器的火焰能提供使主燃區生成的部分NOX在火焰中再度被還原的必要條件，從而降低火焰中的NOX。
　　（6）切向燃煤PM（Polution Minimun）燃燒器（三菱重工研制）
　　三菱重工研制的切向燃煤PM燃燒器，PM燃燒器的關鍵部位是分離器，它由靠近燃燒器的一次風管的一個彎頭及兩個噴口組成。煤粉氣流流過分離器時進行簡單的慣性分離，富粉流進入上噴口，貧粉流進入下噴口，實行濃淡分離。此外，如果在PM燃燒器上部設置頂部燃燼風噴口，使PM燃燒器區域處于富燃區，頂部燃燼風噴口處于燃燼區，形成分級燃燒，可使NOX進一步降低。所以，PM燃燒器實際上是集煙氣再循環、分級燃燒和濃淡燃燒于一體的低NOX燃燒系統。這種燃燒器的NOX生成量較SGR燃燒器的低，比常用的直流燃燒器煤粉火焰更低，因而稱為污梁物最少型燃燒器。
　　據報導，PM燃燒器的NOX值為：燒氣為30mg／m3，燒油為80 mg／m3，燒煤為150mg／m3。與常規燃燒器相比，PM燃燒器可使NOX的生成量減少60％。
    （7）A－PM燃燒器（三菱重工研制） A－PM燃燒器主要的特征為：
　　1）用內置式煤粉濃淡分離器，形成煤粉濃淡分布。
    2）大寬度燃燒器。
　　3）分割式燃燒器風箱代替常用的整體式燃燒器風箱。
    4）減少燃燒器噴嘴數。
　　其原理是希望在PM燃燒器基礎上進一步降低NOX。在燃燒器著火區，一次風煤粉濃淡分離后，把濃粉氣流集中分布在外側，并增大燃燒器寬度來增加從周圍吸收熱量，目的是實現低空氣比和高溫環境；在燃燒器到燃盡區，除了要低的空氣比和提高溫度，還要求風粉混合良好，并加長停留時間，采取的措施是將燃燒器風箱分割開使爐膛高度方向的空氣分割，來實現爐內流動的最佳化，并擴大NOX還原區；燃盡區以后，要求低溫、低空氣比，而且還得防止產生高飛灰含碳可燃物，因此需特別均勻地降低爐內空氣比，使氧氣擴散均勻。
3  用煤粉再燃降低NOX的技術
    （1）煤粉再燃燃燒技術機理
　　燃料燃燒過程中，將燃燒分成3個區域：一次燃燒區，為氧化性或稍還原性氣氛；在第二燃燒區，為還原性氣氛，將二次燃料送入，則生成CH基團，這些基團與一次燃燒區內生成的NO反應，最終生成N2；這個區域通常成為再燃燒區，二次燃料別稱為再燃燃料，最后送入二次風，使燃料完全燃燒，因此，成為燃盡區，這就是再燃燒技術的機理。
    （2）再燃燃料的選取
　　根據再燃的原理，再燃區的還原性氣氛中最利于NOX還原的成分是烴（CHi），因此，選擇二次燃料時應采用能在燃燒時產生大量烴根而又不含氮類的物質。丙烷和其它燃料相比，能最有效地降低NOX，這是因為丙烷能產生大量烴根而沒有額外的氮類成分。而在所有燃料中，氫氣降低NOX的效果最差，因為它本身不能產生烴根是用天然氣、油和煤作為二次燃料時降低NOX濃度效果的比較。顯然，天然氣是最有效的二次燃料。研究還表明，氣態烴燃料還原NOX的能力隨著烴分子中碳原子數目的增加而增加，因此，氣態烴是最好的二次燃料。
　　再燃燃料作為二次燃料，一般是在還原性氣氛中燃燒，對于鍋爐爐膛來說，一般都是在爐膛的燃燒區的上部，因此，再燃燃料必須易著火，易燃盡。
    （3）三次風煤粉作為再燃燃料的可能性分析，改進的成本的運行的安全性都不方便。根據測試發現，三次風煤粉粒度比一次風煤粉粒度明顯要小（如表1所示），易著火，易燃燼，比較適合再燃燃料的要求。
   
    另外，對于鍋爐膛內的燃燒工況而言，當三次風投入時，相當于增設了頂部燃燒區，實行分級燃燒，在燃燒器區域形成富燃區，三次風噴嘴附近形成燃盡區，使排放量降低，此外，含粉三次風還可起到還原已生成NOX的作用，使NOX進一步下降。當然，使用三次風細粉再燃降低NOX的方法也會出現一定的問題，如磨煤乏氣中煤粉燃燒火焰長度不足，飛灰可燃物含量增加，火焰中心上移，引起出口結渣，過熱器超溫等不良現象。
   
   但是通過改造三次風將其作為再燃燃料送入爐膛，實行再燃燒技術還是值得研究的。由于三次風含粉量較少(占總粉量的10%-15%)，為滿足再燃區過量空氣系數a2<1的要求，必須對三次風進行濃縮。只要濃縮后的三次風噴入爐膛后，形成富燃料的二次燃燒區(即再燃區)，就可生成大量CH基團，這些基團與主燃燒區生成的NOX發生反應，最終生成N2，即可降低NOX的排放量。這就是說，將原有的燃燒方式改造成再燃燃燒方式。這對我國大量的中間儲倉式熱風送粉鍋爐是值得考慮的。