摘要：本文介绍了NOx的产生类型，以及低NOx燃烧技术的研究和应用现状，并对不同类型工业锅炉的NOx防治措施进行了分析。
关键词：工业锅炉；低NOx燃烧技术；防治措施
中图分类号：X933文献标识码：A文章编号1007-0370（2013）05-0080-03
工业锅炉在我国应用十分广泛，随着国民经济的发展和环保要求的提高，燃油及燃气锅炉的数量正在逐渐增加，但由于我国燃料是以煤为主，因而大多数工业锅炉为燃煤锅炉，并且主要是层燃锅炉和煤粉炉，由于设计及运行等方面的原因，工业锅炉的热效率普遍较低，为了提高热效率，通常是设法提高炉内温度，促使燃烧稳定，提高煤的燃烧效率，但这样做往往会造成NOx排放量的增加，造成环境污染和排污费的增加，如何降低工业锅炉的NOx排放量，显得尤为重要。
1 煤燃烧过程中NOx的生成途径
煤燃烧过程中所生成的氮氧化物主要是NO和NO2，通常把这两种氮氧化物合称为NOx，其中NO约占95%以上。煤燃烧过程中因NOx的生成机理不同可分为温度型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。
1.1温度型NOx
燃烧过程中空气中的氮气在高温下氧化而成的氮的氧化物为温度型NOx影响瘟度型NOx生成量的主要因素有：①温度水平，随着温度的升高，反应速度迅速增加，尤其温度在1500℃附近变化时，每增加100℃，反应速度将增大6-7倍。②氧气浓度，一般地说，氧气浓度越高，NOx的生成量越多。③停留时间，显然，停留时间越长，NOx的生成量越大。
由于锅炉燃烧过程中，氮的浓度基本不变，因此，控制温度型NOx生成量的方法有：降低燃烧温度水平，缩短在高温区的停留时间；降低氧气浓度，使燃烧在远离理论空气比条件下进行。
1.2燃料型NOx
由于固体燃料中含有许多有机化合物，这些化合物中氮以原子状存在于氮的有机化合物中，锅炉燃烧过程中就容易分解出来生成NOx，称为燃料型NOx。燃料型NOx不仅和燃料中氮的含量有关，还和燃烧方式等因素密切相关。
1.3快速型NOx
快速型NOx是燃料中碳氢化合物在燃烧时分解的中间产物与N2反应得到的NOx。
这三种类型的NOx，其各自的生成量与煤质和燃烧温度等因素有关，一般情况下在煤燃烧过程中，燃料型NOx约占70～90%，热力型NOx约占10～30%，快速型NOx所占比例<5%，通常被忽略，而在电厂锅炉中温度型和燃料型较多。
2 低NOx燃烧技术
根据NOx生成机理，在燃料燃烧过程中降低NOx的燃烧主要途径如下：
减少燃料周围的氧浓度，包括减少炉内过剩空气系数，以减少炉内空气总量；或减少一次风量和减少挥发分燃尽前燃料与二次风的掺混，以减少着火区段的氧浓度；
在氧浓度较少的条件下，维持足够的停留时间，使燃料中的N不易生成NOx，而且使已生成的NOx经过均相或多相反应而被还原分解；
在过剩空气的条件下，降低温度峰值，以减少热力NOx，如采用降低热风温度和烟气再循环等；加入还原剂，使还原剂生成CO，NH3 和HCN，它们可将NOx还原分解；
针对以上的分析，工业锅炉降低NOx可以采用清洁燃料，如天然气、洗选后精煤等；锅炉采用低NOx燃烧技术；锅炉烟气脱硝等方法。低NOx燃烧技术具体方法主要包括分级燃烧、烟气再循环、再燃烧法、低NOx燃烧器。
2.1空气分级燃烧
空气分级燃烧有两类：一类是燃烧室中的分级燃烧，另一类是单个燃烧器的分级燃烧。燃烧室（炉膛）分级燃烧如图1所示：
燃烧室中的分级燃烧：燃烧室内沿高度分成两个区域，即燃烧器附近的富燃区和空气喷口附近的燃尽区。在主燃烧器上部装设空气喷口，燃烧器内供入约80%的空气量，使燃烧器区处于富燃状态，剩下的空气从上部空气喷口供入使可燃物燃尽，燃烧所用空气量保持一定，富燃区过剩空气系数较低，NOx生成量随之降低。
单个燃烧器的分级燃烧有两种形式（如图2所示）：一种是内分级混合的方式（a），这时的一、二次风从燃烧器喷口送入，但二次风被分隔成两股送入，由内通道送入的称内二次风，而由外通道送入的称外二次风；另一种是外分级混合方式（b），部分二次风是从主火嘴周围的一些空气喷口送入。
在上述两种方式下，二次风都是逐渐送入，因而在燃烧器出口附近首先形成富燃区（Ⅰ），然后二次风混入，使燃料燃尽，形成了燃尽区（Ⅱ）。燃烧器分级燃烧时，在火焰根部形成富燃区，抑制了燃料NOx的生成；二次风延迟与燃料混合，燃烧速度降低，使火焰温度降低，故也抑制了热力NOx的生成。
2.2再燃烧法（燃料分级燃烧）
再燃烧法（如图3所示）的特点是，将燃烧分成三个区域： 第一次燃烧区，85%左右的燃料进入氧化性或稍还原性气氛（a≥1），进行富氧燃烧，生成大量的NOx；在第二燃烧区，将二次燃料（15%的燃料）送入还原性气氛（a<1），进行缺氧燃烧，因而生成碳氢化合物基团，这些基团与第一燃烧区内生成的NOx反应，最终还原成N2，这个区域通常称为再燃烧区。二次燃料称为再燃燃料；在第三燃烧区，再送入二次风（a>1），使燃料燃烧完全，称为燃尽区。
2.3烟气再循环
将部分低温烟气直接送入炉内，或与空气（一次风或二次风）混合送入炉内。因烟气吸热和稀释了氧浓度，使燃烧速度和炉内温度降低，因而热力NOx减少。
2.4低NOx燃烧器
将前述的空气分级及燃料分级燃烧原理应用于燃烧器的设计，尽可能降低着火去的氧浓度和温度，从而达到控制NOx生成量的目的，这类特殊设计的燃烧器就是低NOx燃烧器，一般可以降低NOx排放浓度达30～60%。其代表性的燃烧器形式有：德国Steinmuller公司的SM型和MSM型燃烧器、美国B&W公司的DRB型双调风型、日本三菱公司的PM型等，除上述几类低NOx燃烧器外，清华大学开发的WQ型煤粉预燃烧室低NOx燃烧器的火焰稳定船式低NOx燃烧器等。
3小结
（1）为了降低层燃锅炉NOx的生成量，降低炉内的温度水平应以不影响着火和燃烬为前提，采用烟气再循环可以获得令人满意的效果。另外均匀合理配风、采用空气二次风也可控制煤层温度，降低NOx的生成量。
（2） 燃煤的大型工业锅炉一般均采用煤粉炉，可以采用目前已开发的各种高效低NOx燃烧器，如浓淡型低燃烧器、自身再循环型低燃烧器、阶段燃烧型低燃烧器，也可以采用烟气再循环、合理配风、两段燃烧法、分股燃烧法等低 NOx燃烧技术。
（3）从降低污染物的排放量，保护环境的角度，应积极发展循环流化床燃煤技术。燃煤循环流化床锅炉具有强化燃烧、强化传热、燃烧效率高、燃料适用性广和排放污染物少等特点。一台容量为10t/h 的循环流化床锅炉比同参数的抛煤机链条炉排锅炉可提高热效率7%，每年耗煤量可节省 1万t左右，可减少NOx排放量75%以上。
总之，在设计低NOx燃烧时，要因炉制宜、因燃料制宜，选用单一或组合的方式，优势互补，以获得最好的的NOx控制效果。
参考文献
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[3]刘乐京.降低工业锅炉NOx排放量的措施. [J].煤矿现代化2006，4，总第73期.
收稿日期：2013-2-4
作者简介：李海兵（1984-），男，硕士，助理工程师，从事环境影响评价技术评估工作.