浅谈燃煤热风炉NOx的生成与控制方法

王 林 李 婷 杨 松 张胜利

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

我国煤炭资源丰富，作为主要能源，约占能源结构上的60%以上。所以从燃料的经济性及稳定性考虑，喷雾干燥塔多采用燃煤热风炉，煤燃烧时产生的气态污染物主要是氮氧化物NOx和硫氧化物SOx。与燃用气体、液体燃料一样，煤燃烧中产生的NOx可通过改变燃烧的方法进行控制。对于脱硫在此不做过多的赘述。

燃料燃烧排出的NOx中不仅有来源于燃料中氮的燃料型NOx，还有来源于空气中的氮气的温度型NOx，温度型NOx的生成情况，因燃烧装置的结构和运行方式等燃烧条件的不同而异，即使采取同样的控制技术，其控制效果也有很大差异。燃料中原有的氮稳定性高，难以分解去除。排烟中的NOx大多是难以发生化学反应的NO，所以很难从烟气中去除掉。因此NOx的防治技术，归结起来大致有“NOx控制技术”和“排烟脱硝技术”两类，前者用于控制NOx的生成，后者则用于去除排烟中的NOx。笔者现就NOx控制技术进行讨论以供同行互相交流。

1 煤燃烧过程中NOx生成途径

热风炉在燃烧过程中温度型NOx的生成量一般随着空气过剩率的增加而增加，而燃料型NOx约占NOx生成总量的80%～90%。温度型NOx的生成量在很大程度上取决于火焰温度，如果通过空气预热或设立绝热壁使火焰温度上升，则温度型NOx所占比例将增大。

而煤的燃烧过程可分为挥发分的燃烧和固定碳的燃烧两个阶段。因此， 燃料型NOx生成的途径主要为：由挥发分中的燃料N转化为NO；固定碳中的燃料N转化为NO。挥发分中N转换的NOx约占生成的NOx总量的60%～70%，固定碳中的N变为NO的转换率是非常低的，而且不受流动状态和混合状态的影响。

2 热风炉中NOx的控制方法

2.1 排烟再循环法

能有效控制气体和煤油等燃烧时生成的NOx排烟再循环法，也适用于粉煤燃烧的场合。与气体燃料燃烧相比，粉煤燃烧时排烟再循环的效果比较差，即使排烟再循环率达到20%，NOx的下降率也只有20%左右，没有显著的效果。由于排烟再循环法基本上是以降低火焰温度的手段来抑制温度型NOx产生的，故认为，对通常的粉煤燃烧，排烟再循环法不算是控制燃料型NOx的有效法。但是，对于高温炉粉煤燃烧系统，因为温度型NOx所占比例较大，所以将排烟再循环法应用于喷雾干燥塔供热系统具有一定效果。

2.2 二段燃烧

由于燃煤生成的NOx中大部分是燃料型NOx，因而控制一段燃烧区的氧气浓度是抑制NOx的有效措施。其影响因素很多，但最主要的是燃料供给方法和炉内混合工况。通常应减少一段区内的过量空气，形成燃料过浓燃烧；在挥发分燃尽之前，应避免二段空气进入一段燃烧区内。为防止高温还原性气流与炉接触，应充分利用火焰外侧的烟气回流，利用温度较低的特点，防止炉墙结渣。

采用二段燃烧时，由于一段燃料过浓燃烧区内氧气浓度很低，容易出现还原性介质使灰熔点降低而引起结渣。因而，可以采用从炉底送入一部分空气，让空气沿炉墙上升，使水冷壁表面附近保持氧化性气氛，以防止结渣。低NOx运行容易引起飞灰中可燃物增多，所以必须保持燃烧中的燃料和空气分布均匀。

2.3 粉煤低NOx燃烧器

粉煤低NOx燃烧器的结构如图1所示，二次空气分内二次风和外二次风分别送入炉内，通过各自的叶片式调风器调节其旋流强度。内二次风主要用来保证燃烧稳定着火，外二次风主要用来控制其与燃料的混合工况。一次风内筒与外筒一起构成一次风通道，在出口处同时向内收缩，使燃料向火焰中心集中，已形成燃料过浓燃烧。内筒出口处的可调内筒通过前后移动，调节一次风喷出速度，从而调节燃料与二次风之间的混合强度。

热风炉运用该燃烧器能够减少NOx的生成，因为在保持火焰稳定着火燃烧的同时，在中心回流区内形成燃料过浓燃烧，并尽可能推迟二次风与燃料混合的时间，使增加燃料过浓燃烧充分。

2.4 掺水燃烧

掺水燃烧包括在燃料中掺水和在燃烧过程中喷水(或水蒸气)。由于水的蒸发潜热和水蒸气的显热上升。在燃烧过程中吸热，会使燃烧区火焰温度降低，抑制温度型NOx的生成量。其物理和化学作用如下。

物理作用：过热状态下，液滴的微爆导致二次雾化，改善了火焰形态，使火焰断面变宽变厚，同时又增强了传热效果。

图1 粉煤低碳燃烧器结构图

化学反应：在高温下进行分解和化合作用，产生了水煤气，减少了火焰中炭粒的产生，改善了燃烧过程，从而达到节能环保的作用；同时掺水时也需适量，水量不能过大。

3 结语

目前，国内喷雾干燥塔行业对SOx和烟尘的处理比较关注，但是随着国家对环保日益重视，以及行业期望稳定的可持续发展，必须依靠科技进步，开发清洁高效的燃烧技术，提高能源利用率，减少环境污染。发展清洁燃烧技术，不仅在SOx和烟尘的治理上深入防治，还应对NOx也加强控制。采用上述的燃烧技术，组合在一起，形成集脱硫、脱硝、除尘于一体的控制技术，达到较高的燃烧效率，既能清洁燃烧，又能满足环保要求目的。