摘 要：美国lansing smith热电厂180 mw机组593 t/h切圆火炬燃烧锅炉运用abb-ce公司研制的低nox型集中燃烧系统(lncfs)治理nox排放。阐述了该项技术的原理，分析了运用三种lncfs减排nox的效果和三种锅炉改造方案的工程建设费用。
关键词：锅炉；集中燃烧技术；nox排放；治理
随着国家经济建设的快速发展，我国每年新增机组将超过10 gw，在占总装机75%的火电中，燃煤机组占90%以上。由大量燃煤排放出的so2和nox，以及灰渣、粉尘对环境造成的污染不容忽视，燃煤锅炉排放的nox是一类主要大气污染物，许多国家都立法严格限制nox的排放。1996年我国颁布了gb 13223—1996《燃煤电厂大气污染物排放标准》，规定了火电厂额定蒸发量不小于1 000 t/h的锅炉的氮氧化物最高允许排放浓度。随着环境保护法规的日益完善，采用切实有效的办法治理nox排放，已成为电力生产部门无可回避、必须应对的任务。原国家电力公司把洁净煤发电作为一项跨世纪的科技导向工程，目前，已进入全面实施阶段。现在引进的大型机组，其燃烧器和炉膛结构基本上都采用了低nox燃烧技术，今后，在国产大型锅炉以及数量多、分布面广的中、小型锅炉中，都要积极推广应用低nox燃烧技术。
美国实施洁净煤技术(clean coal technology，cct)15年以来，以减轻燃用固体燃料锅炉nox排放为目标的成功范例之一是lansing smith热电厂一台180 mw切圆火炬燃烧煤粉锅炉运用低nox型集中燃烧系统(lncfs)，对原燃烧器结构及布置进行了三次改进(分别标以“lncfs-ⅰ”，“lncfs-ⅱ”和“lncfs-ⅲ”)，最终，运用lncfs-ⅲ使nox排放质量浓度由改造前的720 mg/m3降到410 mg/m3，达到美国1990年修订的标准要求，标准规定2000年以后切圆火炬燃烧煤粉锅炉允许nox排放质量浓度应小于467 mg/m3〔1〕。
1切圆火炬燃烧锅炉运用lncfs抑制nox生成的功用初析〔2〕
nox是通过复杂的化学反应生成的，锅炉燃烧系统、运行工况和燃料特性对nox排放量都产生影响。nox是大气中的氮或燃料中的氮(n2)氧化生成的，分别称为“热力(热反应)型”或“燃料型”nox。前者取决于燃烧区温度和氧浓度，试验表明，当温度小于1 500 ℃时，热力型nox生成量较少；后者与燃料特性和运行工况密切相关。通常，燃料型nox生成量占nox总量的80%，因此，借改进燃烧方式降低nox是可行和有效的蹊径。另外，燃料挥发分中的碳氢化合物和空气中的氮在燃烧前会快速生成称为“瞬时(快速反应)型”的nox，生成量仅占nox总量的5%。
根据nox生成机理，采取措施降低nox的基本原则是减少主燃烧区过量空气，降低氧浓度(构成富燃料状态，使燃料在缺氧下燃烧)，降低主燃烧区温度和避免局部高温，缩短烟气在高温区停留时间。目前，国际上普遍应用的分段(级)燃烧技术，就是基于这一原则。
最基本、最有效的nox减排措施是：把主燃烧区的二次风分流出一部分燃尽风(over fire air，ofa)，通过主燃烧器组上部的三次风喷嘴输进炉内，使主燃烧区形成缺氧燃烧，然后在燃尽区又形成富(补)氧燃烧。这样既抑制了nox的生成，又能使未燃碳得到充分燃尽，这就是最初的沿炉膛竖向分段燃烧。最近，在切圆火炬燃烧中，又让部分(或全部)二次风偏离一次风(气粉混合物)的射向(见图1)，即在主燃烧器轴向和水冷壁墙之间射出一股气流，使在炉膛断面(水平向)内产生燃料梯度，炉膛中心区氧量变少，一次风射向炉中心区较小直径的“假想”切圆周边，并与之相切，二次风则射向较大直径切圆周边，燃料被一团旋绕气流包围，集中在炉中心区内燃烧，故该燃烧系统被称为“集中燃烧系统”。大直径切圆旋绕区周围向水冷壁吹拂气流，氧含量较大，构成了横向的分段燃烧。竖、横双向分段结合的立体分段燃烧，强化了除硝作用，成为一种抑制nox生成的重要燃烧方式。这种技术(lncfsⅲ)已成为当今“新潮”的nox减排技术。
由于炉膛水冷壁周边附近为富氧区，所以炉内的这种气流运动空气动力结构不仅能防止水冷壁结焦，有助于抑制高温腐蚀，而且，燃料被快速均匀地加热引燃，在缺氧状态下，焦炭和co便产生对no的还原作用，使nox排放量大大减少。
2 180 mw切圆火炬燃烧锅炉运用lncfs减排nox的效果
美国大型锅炉制造厂之一abb-ce公司(combustionengineering，inc.)为lansing smith热电厂no2 180 mw机组锅炉改造提供技术援助。
lansing smith热电厂座落于佛罗里达州的bay county 近郊。no2锅炉为自然循环切圆火炬燃烧锅炉，1967年启用，出力为593 t/h，蒸汽压力为12.4 mpa，主蒸汽温度538℃，再热蒸汽温度538 ℃。烧优质烟煤，特性(可燃基)如下：水分9.9%，灰分8.5%，挥发分35.6%，低位热值27.6 mj/kg，硫的质量分数2.8%，氮的质量分数4%。
美国切圆火炬燃烧锅炉运用集中燃烧技术治理nox排放固态排渣炉膛的宽深比
