三代 旋流燃烧器发展.doc

三代旋流燃烧器发展旋流低NOx燃烧器改进发展低NOx旋流燃烧器是墙式锅炉施行炉内整体低NOx燃烧的关键设备，是国内外U前应川 最广的低NOx燃烧技术之一，也是实现空气分级与再燃低NOx技术的基础其发展按照 NOx控制与燃尽效果可人致分为三代：1. 传统湍流燃烧器：煤粉燃尽程度好和NOx生成量人2. 初期低NOx燃烧器3. 高效低NOx燃烧器1\湍流燃烧器的小心一次风粉混合物多为旋流，在旋转离心力的作用下，人颗粒煤粉浓 缩在一次风旋流区域的外I书I,且在一次风的喷嘴后形成内冋流区人颗粒煤粉在内冋流区 边缘与高温冋流烟气接触被快速加热看火，由此形成螺线形火焰核，燃烧发生在火焰核的 外边缘传统湍流燃烧器的一次风旋流强度较人，快速扩展进入二次风区域，和二次空气 接触为煤粉燃烧提供了充足的空气，由此而形成的高温宮氧湍流火焰短而明亮（旋转强， 火焰缩短，二次风02充足，燃烧充分，氧化性氛围，NOx偏高）（图3. 1-2） o煤粉燃尽 程度好和ZOx生成量人是这种传统湍流燃烧器的显著特点，即，对于传统湍流燃烧器，燃 尽与NOx排放是一对矛盾体，且偏重于高效燃烧这个极端图3. 1-2湍流燃烧火焰图3. 1-3低NOx旋流燃烧器原理示意图（1代）二次风过早与煤粉接触形成富氧燃烧条件是湍流燃烧器NOx生成暈较高的主要原因，而 通过机械机构使二次空气分级，并使火焰的各层风的旋流强度由内往外逐渐增加，在径向 形成分层旋流燃烧方式，推迟各层风的径向混合过程，形成稳定的富燃料还原性气氛火焰 核（图3.1-3）,使煤粉的驻留时间足够长以减少挥发分燃烧产生的NOx,这是旋流燃烧 器控制NOx生成的关键。

2初期的双调风低NOx旋流燃烧器：口上世纪80年代开始,外二次风内二次风煤和一次凤—*嶽料区空气空吃康点搀堰区（辻量空气系數0.4）（讨*空气襄散07）（过故空初期的双调风低1旋流低NOx燃烧器改进发展NOx旋流燃烧器釆用机械方法（如扩口等）强制一次风与两级二次风分离，在燃烧器出 口附近形成层流化流动，推迟径向的空气与煤粉混合过程，营造出深度欠氧低温燃烧条 件在燃烧器轴向，随挥发分的快速析出，氧浓度迅速降低，在挥发分完全析出时，NOx 与HC等桂类中间产物的牛成量达到峰值；在随后的还原性气氛燃烧条件下，还原性烧类 中间产物可有效还原已生成的NOx,降低燃烧初期的燃料型NOx的生成（图3. 1-4）这 种早期的双调风低NOx旋流燃烧器造成后期空气与煤粉混合不均匀，推迟了燃烧过程，降 低了燃烧温度，形成典型的狭长黯淡的火焰，其NOx控制是以牺牲燃尽为代价，容易引起 燃烧不稳定、火焰飞边、恶化结焦与腐蚀、增加CO与飞灰未燃碳含量、限制了煤种适用 能力即，燃尽与NOx排放这对矛盾体卄但没有解决，反而偏重于低NOx排放这个极端脱挥发分区图3. 1-4低NOx旋流燃烧器NOx生成原理图3. 1-5 IITNR型低NOx旋流燃烧器一2代 3代新型高效低NOx燃烧器：在充分利用轴向速度和切向速度产生的径向分层流动來形成 还原性气氛核心的同时，通过局部煤粉富集或者火焰稳定环等措施强化煤粉着火条件，以 形成早期的和强烈的高温欠氧燃烧，这是兼顾燃尽与NOx排放的新型高效低NOx旋流燃烧 器的主要设计理念。

新型高效低NOx燃烧器的火炬短而明亮，类似于传统湍流燃烧器，但具内在燃烧机理已 发生了木质上的变化如图3. 1-5高温低NOx燃烧器燃烧示意图显示，耐高温与腐蚀的陶 瓷火焰稳圧坏通过强化高温烟气冋流，提高了火焰根部的温度，煤粉在喉口即开始强烈的 燃烧，扩人了火炬小心的还原区域，不仅令利于抑制与还原NOx,而且有效保证了煤粉燃 尽程度新型燃烧器的燃尽程度虽然仍略逊于传统湍流燃烧器，但已使燃尽与NOx令悩物内二次风庁遂外二次仇牛成不再是不可调和的两个极端,HC一No「挥发N离燃烧器轴向距离且煤粉在火炬中心的高效强烈燃烧与外I韦I的分级二次风的冷却保护作用，令利于2旋流 低NOx燃烧器改进发展兼顾解决结焦与腐蚀，这为早期低NOx燃烧器的更新升级提供了可靠保障此外，为提高煤粉初期的加热速率，以增强火焰稳定性和增加挥发分氮的析出速率与比 例，部分旋流燃烧器还在喷嘴喉部采丿I」如图3. 1-6与图3. 1-7的煤粉局部富集与均分机 构，进一•步强化煤粉的均匀着火燃烧条件图3. 1-6梅花型煤粉浓缩与均分喷嘴图3. 1-7 FS/CF圆形小喷口然而，有一个现实问题不能忽略，就是LI常使用的煤种变化，对低NOx燃烧技术稳定控 制NOx的生成带來一定难度。

目前我国的煤炭市场还存在着严重的供需孑盾，电厂很难购 买到设计煤种，或接近设计煤种的煤炭，这就会影响低NOx燃烧技术的改造效果；日常运 行往往达不到性能保证值这样的效果会引发环保监管部门与电厂之间的孑盾解决这类 问题主要途径是煤炭市场供需关系的正常化，或者在机组的控制系统安装一些智能化控制 软件和设备墙式燃烧锅炉基木采用旋流燃烧器來燃烧煤粉，燃烧器之间的独立性相对较强，且单只 燃烧器的容量相对较人早期的湍流燃烧器由于一次风粉与二次风的强旋流，一次风粉与 二次风很快混合，在冋流高温烟气的作用下，强烈着火富氧燃烧，燃烧效率很高，但NOx 生成暈也很人随若欠氧燃烧控制NOx生成理论的H臻成熟,F&W与B&W公司于上世纪70年代相继开发了 CF型与DRB型双调风低NOx燃烧器其特 点是通过机械方式将燃烧器的二次风分成两股同心气流，依次与一-次风粉混合，二次风延 迟混合可在火焰中心形成欠氧气氛，抑制与降低NOx的生成暈该类型的燃烧器推迟了煤 粉的燃烧，火焰温度和对降低，且火焰狭长而色泽黯淡，易生成较高的飞灰未燃碳和CO, 降低了燃烧效率，并在一定程度上恶化了炉内结焦与腐蚀至80年代中期前，这一时期的低NOx燃烧器还包括CF/SF、DRB-XCL、以及德国巴3旋流低NOx燃烧器改进发展布克科的WS型和DS型等，这些燃烧器以推迟燃烧來降低NOx为理念，导致NOx排放与 燃尽成为一对严重的孑盾对立体。

上世纪80年代后期，硏究发现高温欠氧条件史加有利于抑制NOx的生成，这促使低NOx 旋流燃烧器的发展出现了质的飞跃如日立巴布克科将火焰稳定环以及煤粉在喷嘴处浓缩 分离技术相结合，分别发展T IITNR3型低NOx燃烧器而传承于F&W公司的美国先进燃烧 器技术（ABT）公司与三井巴布克科公司，也将这一理念川于其低NOx旋流燃烧器的设 计，并分别研制出带梅花型喷嘴的Opti-flowTM型低NOx燃烧器和LNASB型轴向旋流低 NOx燃烧器这-类燃烧器的最人特点是，在通过欠氧燃烧降低NOx牛成的同吋，兼顾燃 尽与结焦等问题的处理燃尽风的设计变化：为进一步降低炉内主燃烧区域的氧浓度，墙式锅炉还安装了火上燃尽风OFA系统早 期的燃尽风喷射速度低与来流烟气的混合比较迟慢，需要较长的燃尽区高度才能使煤粉 的燃烧比较充分，这无疑缩短了主燃烧区与OFA喷射位置之间的距离，减少了烟气在还原 气氛区的停留吋间，影响了 NOx的减排成效日前世界主要的锅炉设计与制造公司都发展了新型双级高速射流OFA喷射喷嘴，该喷嘴 不仅具有强人的穿透能力，而H拥令良好的横向混合能力通过优化OFA喷嘴的布置方 式，提高与加快燃尽风与來流烟气的混合效果，就可以缩短燃尽区的高度，进而增加还原 区的高度，提高还原区内的NOx还原效果。

国内低氮燃烧器改造的案例如下表所示主要的改造内容包括：使用最新型的低NOx燃 烧器、燃烧器上方增设SOFA喷口或改造原有的OFA喷口、二次风箱改造、，煤粉平衡阀 等。