低NOx生物质颗粒燃烧机

由于燃料中含氮率高，以致难以减少燃煤锅炉中的氮氧化物含量(NO：)。现在，于正在运行的锅炉上采用低NO：生物质燃烧机（双重调风器生物质燃烧机），并应用通常的二级燃烧方式，成功地使NO：浓度降低一半（约降低47%）。

自从1973年末的“石油危机”以来，在注意燃料如何更有效地利用的同时，煤炭燃料再度受到重视。为此，在减少轻油燃料、气体燃料的硫氧化物、氮氧化物(以下简称SOx，NOx)的过程中、即使对煤炭燃料也必须同样地研究并确立有关降低NO：的技术。

低NO：生物质燃烧机就是为了降低NO。而经过改进的燃烧装置。

NO。化合物的成分已知的有：

NO（一氧化氮、氧化氮）

NOz（二氧化氮、过氧化氮）

Nz0（氧化二氮、亚氧化氮）

N204（四氧化二氮）

NzOs（五氧化二氮、无水硝酸）

等各种化合物，由煤、石油、天然气等化石燃料所生成的NO；中5～10%为N02，其余大部分为NO。

燃烧生成的NO，有下列两个来源：

(1)燃烧用的空气中的氮分子(N2)在高温下被氧化。

(2)由燃料中所含有的氮化物氧化生成。

由(1)生成的称之为热NO(或叫作热NO．)，而由(2)生成的因其氮分(N)来源于燃料故称为燃料NO（或叫燃料NO。）。

几年来对NO；的研究都是作为热NO。研究，柴道维奇已有很多研究，不少方面已有定论。燃料NO：是燃料中的氮萘、氮茚、9氮杂芴及其衍生物等氮化物氧化产生的。燃料中含氮率随原油和煤的产地而异。其大致范围为：

以级重油：0.005～0.08%（重量）

B及C级重油：0.08～0.4%（重量）

煤：0.5～2.5%（重量）

煤中所含氮分要比液体燃料多，故其N0：易于生成。在研制低NO：生物质燃烧机时，如何减低燃料NO：是很重要的。

就燃烧装置而言、决定燃烧工况的因素中，属燃料方面的有煤粉粒子直径、扩散状态、挥发性、喷射角度和喷出速度等；属空气方面的有旋流强度、温度、喷出速度、风量分配（一次风、二次风、三次风）生物质燃烧机喉口形状等。要使得在生物质颗粒燃烧机附近的燃烧区内燃烧空气产生自然回流循环，同时在炉膛内产生烟气回流循环。

在研制低NO：生物质燃烧机时，有的着眼于燃料方面的因素，有的着眼于燃烧空气方面的因素，前者如研制喷嘴、后者如研制调风器。本文发表的低NO：生物质燃烧机主要着眼于燃烧用空气。以下介绍锅炉运行试验的结果，它具有不影响燃烧而又大幅度降低NO：的效果。

研究方法

1)低NO：生物质颗粒燃烧机（双重调风器生物质燃烧炉）

通常的圆形调风器生物质燃烧机的大致结构如图1所示。低NO；生物质燃烧机是一种使用双重调风器的供燃烧煤粉用的、并降低NO，的生物质燃烧机，它既可使燃料完全燃烧，又可抑制NOx的生成。

双重调风器生物质燃烧机的结构如图2所示。煤粉喷嘴布置在调风器中心，煤粉及一次风从该喷嘴喷入炉膛燃烧。在煤粉喷嘴的外围与之同心地装有两个圆套筒。圆套筒之间形成环状通道，内侧为冷空气喷口或一次烟气喷口（锅炉排烟喷入喷口），外侧为二次风喷口。另外，在二次风圆套简外侧与生物质燃烧机喉口之间的环状通道为三次风喷口。冷空气喷口除了可从风箱引入燃烧用的空气外，还可从送风机出口引入冷空气或送入锅炉排烟。该喷口是双重调风器生物质燃烧机基本结构上附加的结构。

二次风、三次风喷口从风箱供给燃烧用的空气。为了进行空气流量的分配，在各喷口的进口设置有百叶窗式的调节挡板，称之为二次风调风器和三次风调风器。

通常的圆形调风器生物质燃烧机设置有分散煤粉及稳定火焰用的稳焰叶轮，而在双重调风器生物质燃烧机上则没有装置这种叶轮。在双重调风器生物质燃烧机内煤粉喷嘴进口处装有文丘利管和文丘利管定位销，可用来调整煤粉与一次风的混合以及风粉混合物从喷嘴喷出的状况。在二次风系统中设置有调整旋流强度和空气流量的叶片，称为二次叶片。

如上所述，双重调风器生物质燃烧机的特征是右三个喷口嗣来投入燃烧空气，即

(1)生物质燃烧机喷口（一次风）

(2)二次风喷嘴（二次风）

(3)三次风喷口（三次风）

而且为了降低NO：还装有冷空气喷口或一次烟气喷口，这种低NO：生物质燃烧机特称为PG（一次烟气）双重调风器生物质燃烧机。从各燃烧空气喷口喷出的空气量分配是：

(1)-次风——理论空气量的15—30%（输送煤粉用）。

(2)二次风——理论空气量的35～45%（用来保持还原气氛以稳定燃烧、并防止发生火焰温度峰值。

(3)三次风——理论空气量的55～65%（使燃料完全燃烧）。

2)试验锅炉

试验是在某电力公司的协助下在试验锅炉上进行的。试验锅炉的设备规格见表1。其生物质燃烧机布置如图3所示。

在锅炉省煤器出口烟道上和排入大气前的烟囱入口处的烟道上的取样点取样测量。全部用监测仪表进行测量，省煤器出口用美国戴纳赛安斯公司制造的固定电位电解型监测仪测量，烟囱进口用日本日立掘场制造的紫外线式监测仪测量。各取样点沿烟道横截面各点取样，以平均近似值表示出来。

(2)排烟中的残存氧量

排烟中的残氧取样点都设在省煤器出口和烟囱进口处，在中央控制室用指示仪表显示，同时在省煤器出口的NO：取样烟气中分出一部分，用日本碍子公司制造的锆瓷式分析仪测量。

(3)-氧化碳

一氧化碳(以下简称CO)在省煤器出口处测定，取样点与NO。、为同一点。用西德道来古尔公司制造的检测管进行分析。

(4)火焰温度

用光学高温计从锅炉看火孔测定火焰温度。

(5)煤中的含氮率比重油、原油高，则所谓的燃料NO．也就高。燃料中的含氮率按JIS-M88136-2“微硝卤水法”进行。

试验结果

1)试验项目

用低NO；生物质燃烧机以达到降低NO；浓度，并使之大于30%的目的。曾进行以下各项试验。

(1)二级燃烧的空气量分配变化（生物质燃烧炉喉口与进NO喷口的空气量分配变化）

(2)过量空气系数的变化

(3)负荷变化

(4)使用冷却生物质燃烧机喷嘴附近的吠焰的方法使NO．降低的效果。

2)试验结果

( i)NOx浓度

①使用双重调风器前后的比较

汽轮机以额定负荷运行，在二级燃烧设备的挡板开度位置小时，对使用双重调风器前后的NO：浓度进行比较。双重调风器的NO．降低率为31%时效果为佳。

②由二级燃烧得到的效果（汽轮机额定负荷时）

二级燃烧比率[（通过生物质燃烧机喉口的空气量／理论空气量）×100]与NO；浓度的关系如图5所示，图中把通常的圆形生物质燃烧机与双重调风器生物质燃烧机作了比较。圆形生物质燃烧机不采用二级燃烧时的NO；浓度定为，则采用二级燃烧后可达到降低率为31%，而只采用双重调风器生物质燃烧机NO；降低率为39%，若二者同时采用，则可得NO；降低率为63%，作为降低NO：的方法，可同时采用双重调风器生物质燃烧炉和二级燃烧，这样效果较好。

③过量空气系数的变化（汽轮机额定负荷时）

过量空气系数（由省煤器出口排烟中残存的02量测定）变化时NO；浓度的变化如图6所示。由图可见，当过量空气系数下降时，则NO．浓度也随之下降。

④负荷变化

负荷变化时的NO。浓度如图7所示。NO挡板小开度时NO。浓度的变化是随负荷的降低而降低。由这个结果可知，对采用双重调风器生物质燃烧机的煤粉炉，用增加炉膛受热面积来降低NO。也是有效的办法。实行二级燃烧时，为了在低负荷时燃烧稳定，把NO挡板关闭到如图中所示的开度。

⑤冷却生物质燃烧机喷嘴附近的火焰来降低NO，的效果

节譬所述的冷空气喷口内，由于这次试验时不能抽锅炉排烟送入，而作为降低N0：的方法是减小氧气分压力和冷却火焰，因此把送风机出口的冷空气注入冷空气喷口内，以达到冷却火焰的目的。在注入冷空气时进行燃烧工况检查，在燃烬时间和火焰长度筹方面没有燃烧上的故障。即由煤粉喷嘴附近注入冷空气

(2)排烟中的CO

图8和图9中分别为省煤器出口02变化及二级燃烧比率变化时CO的变化情况示例。过量空气与CO的关系为：随着过量空气系数增加，CO浓度减少。这个倾向是与液体燃料相同的。

二级燃烧与CO的关系是，随着二级燃烧的强化，CO先是增加，到值后又减少。随着二级燃烧比率的变化，从风箱供给的二次风及三次风的流量发生变化，并使生物质燃烧炉喉口处的喷出速度改变：由于输送煤粉用的一次风量不改变，从煤粉喷嘴喷出的速度也不会变化。计算得出，相对速度为零的二级燃烧比率与CO浓度增大点大致上是一致的。

因此要考虑相对速度为零时CO浓度增大的情况。

(3)火焰温度

根据双重调风器使用前后，二级燃烧采用与否，对这些不同的工况在上部生物质燃烧机区域的4 FL和炉膛上部的7FL两个地方用光学高温计进行火焰温度测定。生物质燃烧机前后的比较，则可见在使用后全都使温度降低。由此可见，采用双重调风器生物质燃烧炉可使生物质燃烧机附近易于发生峰值处的火焰温度下降，对降低NO：产生有效的作用。

(4)熔渣生成情况

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