煤燃燒對中國生態環境造成了嚴重的破壞，所釋放的SO2、CO2、NOx和粉塵量分別占到其總排放量的87%、71%、67%和60%。燃煤產生的環境污染嚴重制約了中國能源工業乃至整個國民經濟的更加快速發展。在這之中，電廠排出的氮氧化物（NOx）對人類及整個生態環境造成了嚴重的危害。為此，國家環保總局于1996年3月7日頒布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-96），明確規定了1997年1月1日起新、擴、改建300 MW及以上火電機組中固態排渣煤粉爐NOx排放量不得超過650 mg/Nm3［1］。
　　降低燃煤鍋爐NOx排放的燃燒技術包括采用低NOx燃燒器、爐內低過量空氣系數運行、組織沿爐膛高度和水平方向的空氣分級、燃料分級燃燒，及尾部煙氣再循環等技術。根據西安熱工研究院對中國21個電廠的51臺鍋爐NOx排放量的調查［2］，采用空氣分級燃燒等傳統成熟技術后，鍋爐燃用煙煤、褐煤時基本可以達到國家排放標準，但燃用低揮發分的無煙煤、貧煤和劣質煙煤時還遠不能達到國家排放標準，因此針對降低燃用無煙煤、貧煤和劣質煙煤電站鍋爐NOx排放的各類燃燒技術的深入研究就具有重要的現實意義。
　　燃料分級燃燒作為降低燃煤鍋爐NOx排放的最為有效的爐內措施之一，在國外已經在電站 鍋爐中成功應用。如日本的Nakoso電廠采用燃料分級燃燒后，NOx排放量降為120 mg/Nm 3；在美國的示范工程也取得了令人滿意的結果，NOx的還原率為58％～77％。
　　主要探討燃料分級燃燒降低NOx的化學反應機理，并對影響燃料分級燃燒降低NOx排放的 各因素進行初步對比分析，以有利于進一步利用燃料分級燃燒降低中國燃煤鍋爐的NOx排放水平，使大氣質量得到改善。?

1燃料分級燃燒對降低NOx的化學反應機理
1.1燃料分級燃燒降低NOx的基本原理
　　NOx在遇到烴根CHi、未完全燃燒產物CO、C和未完全燃燒中間產物HCN基團、NHi基團時， 會被還原為N2。這就是燃料分級燃燒降低NO?x的基本原理。據此，將整個爐膛分為三個區：主燃區，再燃區與燃盡區。將占入爐總熱量80％～85％的燃料送入α＞1的主燃區，使燃料中的氮盡可能的轉化為NOx。其余占入爐總熱量15％～20％的燃料送入主燃區上部的再燃區，在α＜1的條件下形成還原性氣氛，使得在主燃區中生成的NOx在再燃區中被還原成氮分子，同時抑制新的NOx的生成，使NOx的排放濃度進一步降低。借助在再燃區上方布置的“火上風” 噴口形成的燃盡區，使在再燃區的未完全燃燒產物得以燃盡。
1.2燃料分級燃燒降低NOx的化學反應機理
　　國內外眾多學者經過多年的研究，對基元反應的認識取得了較大的進展，但是總的來說至今仍沒有達成相對統一的觀點［3］。
　　大部分學者認為，對于不同的再燃燃料，在還原性氣氛下生成的烴根CHi、焦炭和未完全燃 燒中間產物HCN基團，以下兩個主要反應控制著燃料分級燃燒降低NOx排放的水平：
　　C，CH，CH2＋ＮＯ→HCN＋…(1)
　　HCN＋O，OH→N2＋…(2)
　　Thorne基于對一組163步基元反應機理的敏感性分析指出，敏感系數最大的兩個反應為：
　　H＋O2→OH＋O(3)
　　C，CH，CH2＋NO→HCN＋…(4)
　　并指出CH2對還原NO的反應不是很重要。Chen和Ma的研究結果表明CH2與CH對NO的還原作用一樣重要。
　　Wendt則強調燃料分級降低NOx排放機理中，HCN是一種十分重要的中間產物，并認為在富燃料情況下有以下反應：
　　CHi＋NO→HCN＋…(5)
　　然后HCN通過如下的反應還原為N?2：
　　HCN＋Ｏ→NCO＋H(6)
　　NCO＋H→NH＋CO(7)
　　NH＋H→N＋H2(8)
　　N＋NO→N2＋O(9)?
　　在貧燃料情況下，烴根通過下式氧化為CO：?
　　CHi＋O→CO＋H＋…(10)?
　　并進一步指出反應（5）和（10）具有相互競爭性。
　　Wendt同時還認為部分再燃燃料在還原性氣氛下的中間產物氨基也是還原主燃區內已生成NOx的一個重要途徑：
　　NO＋NHi→N2＋…(11)
　　由此，再燃燃料在還原性氣氛下對主燃區煤粉燃燒生成的氮氧化物的還原反應中，再燃燃料 中產生的中間產物氰基、氨基和烴根等起到分解氮氧化物的作用。同一再燃燃料中烴類物質在燃料的貧富氣氛中起到完全不同的作用。實際應用中應使再燃區內各處處于還原性氣氛，并盡量使烴根CHi與NO相接觸，避免CHi與O接觸，以保證燃料分級燃燒對降低NOx排放的效果。燃料分級燃燒降低NOx的機理仍需進一步進行研究。?

2 對燃料分級降低NOx排放的影響因素的初步探討
2.1再燃燃料種類
2.1.1氣體與固體燃料作為再燃燃料降低NOx排放的效果比較
　　以甲烷和煤作為代表性再燃燃料，德國斯圖加特大學的研究者對氣體與固體燃料分別作為再 燃燃料對降低NOx排放的效果進行實驗研究比較，氣體燃料（甲烷）作為再燃燃料的效果要比固體燃料（煤）好的多。
2.1.2氣體作為再燃燃料的效果對比
　　根據目前資料，一般認為氣體燃料與NOx發生還原反應時，烴根是最有利于NOx還原的成分。Spliethoff等研究者的實驗結果表明［4］，再燃燃料中不同碳氫化合物濃度的變化（20％～100％）對NOx的還原率沒有太大的影響。因此，中國各種工業副產氣均可以考慮用來作為再燃燃料以降低燃煤鍋爐NOx的排放水平。但由于天然氣在燃燒時可以產生大量的烴根且不含有N元素，因此相對來說天然氣是最佳的再燃燃料。
2.2再燃區過量空氣系數
　　再燃區中過量空氣系數對NOx的濃度影響很大。在一定的條件下（如一定的溫度和停留時間），有一個最佳的過量空氣系數，此時NOx的濃度值最低。一般來說，再燃區過量空氣系數α2選在0.7～1之間［5］，但最佳值應根據煤種、再燃燃料、溫度和停留時間等通過實驗來確定。
　　再燃區空氣過量系數α2的減小雖有利于NOx的降低，但同時會引起飛灰含碳量的增加。根據實際運行結果，當α2小于0.8時，飛灰含碳量急劇增加。另外，再燃區過量空氣系數越低，其還原性氣氛越強，容易造成爐膛水冷壁的高溫腐蝕；當爐內氣流出現刷墻時，由于灰熔點的降低，加劇水冷壁的結渣，危及鍋爐的安全運行。因此，從提高燃燒效率和飛灰的綜合利用以及鍋爐安全運行方面來考慮，再燃區過量空氣系數不宜選得過低。
2.3再燃區溫度水平
　　隨著再燃區中α2的降低，NOx的濃度也很快降低。高溫度水平下主燃區生成的高NO x濃度隨再燃區內過量空氣系數的減小，NOx的 降低率加大。考慮到熱力型NOx在1 500 ℃后 將呈指數規律升高，再燃區溫度應低于此溫度水平，以免燃盡區補充氧量后空氣中的氮氣與 氧生成熱力型NOx，導致鍋爐NOx排放整體水平的提高，從而降低分級燃燒降低NOx排 放的效果。
2.4再燃區停留時間
　　再燃區停留時間是由再燃燃料噴口和燃盡風噴口的位置決定的。為了延長再燃區停留時間， 如將再燃燃料噴口過于靠近主燃燒器，則會降低燃盡率與NOx的還原率；如將燃盡風噴口 上移，將使飛灰含碳量升高，降低燃燒效率并危及飛灰的綜合利用。因此，針對具體的條件 ，再燃區停留時間存在最佳值，并由試驗確定。?

3結論
　　1）再燃燃料中產生的中間產物氰基、氨基和烴根等起到分解氮氧化物的作用。實際應用中 應使再燃區內各處處于還原性氣氛下，以使烴根CHi與NO相接觸，避免CHi與O接觸，從 而保證燃料分級燃燒降低NOx排放的效果。
　　2）氣體再燃燃料中不同碳氫化合物濃度的變化對NOx的還原率沒有太大的影響。
　　3）在滿足NOx排放水平前提下，再燃區內盡量選取較高的空氣過量系數，以同時降低飛灰 含碳量、減輕爐內高溫腐蝕和結渣程度。
　　4）合理選取再燃燃料噴入區位置和爐膛溫度水平，以保證最佳的降低NOx排放效果和較 低的飛灰含碳量。