伊克賽吉低氮燃燒器分級燃燒技術

一.伊克賽吉低NOx優化燃燒技術的分類及比較

伊克賽吉為了實現清潔燃燒，目前降低燃燒中NO、排放污染的技術措施可分為兩大類：一類是爐內脫氮，另一類是尾部脫氮。

1.1爐內脫氮

爐內脫氮就是採用各種燃燒技術手段來控制燃燒過程中NOx的生成，又稱低NOx燃燒技術，下表給出了現有幾種典型爐內脫氮技術的比較。

低氧燃燒

根據原來運行條件，最多降低20%投資最少，導致飛灰含碳量增加，降低投入運行的燃燒器數目15%—30%投資低，易於鍋爐改裝，有引起爐內腐蝕和結渣的可能，並導致飛灰含碳量增加空氣分級燃燒（OFA）最多30%投資低並不是對所有爐膛都適用，有可能引起爐內腐蝕和結渣，並降低燃燒效率低NOx燃燒與空氣分級燃燒相結合時可達60%用於新的和改裝的鍋爐，中等投資，有運行經驗

1.2尾部脫氮

尾部脫氮又稱煙氣凈化技術，即把尾部煙氣中已經生成的氮氧化物還原或吸附，從而降低NOx排放。煙氣脫氮的處理方法可分為：催化還原法、液體吸收法和吸附法三大類。

催化還原法是在催化劑作用下，利用還原劑將NOx還原為無害的N2。這種方法雖然投資和運轉費用高，且需消耗氨和燃料，但由於對NOx效率很高，設備緊湊，故在國外得到了廣泛應用，催化還原法可分為選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法相比，設備簡單、運轉資金少，是一種有吸引力的技術。

液體吸收法是用水或者其他溶液吸收煙氣中的NOx。該法工藝簡單，能夠以硝酸鹽等形式回收N進行綜合利用，但是吸收效率不高。

吸附法是用吸附劑對煙氣中的NOx進行吸附，然後在一定條件下使被吸附的NOx脫附回收，同時吸附劑再生。此法的NOx脫除率非常高，並且能回收利用。但一次性投資很高。

爐內脫氮與尾部脫氮相比，具有應用廣泛、結構簡單、經濟有效等優點。表2中各種低NOx燃燒技術是降低燃煤鍋爐NOx排放最主要也是比較成熟的技術措施。一般情況下，這些措施最多能達到50%的脫除率。當要進一步提高脫除率時，就要考慮採用尾部煙氣脫氮的技術措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NOx排放量降低到200mg/m3，但它的設備昂貴、運行費用很高。

根據我國發展現狀和當前經濟實力還不雄厚的國情，以及相對寬鬆的國家標準CB13223一2003，在今後相當長一段時間內，我國更適合發展投資少、效果也比較顯著的爐內脫氮技術。即使採用煙氣凈化技術，同時採用低NOx燃煤技術來控制燃燒過程NOx的產生，以儘可能降低化設備的運行和維護費用。

燃料再燃技術是有效的降低NOx排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就將天然氣再燃技術應用於實際鍋爐，NOx排放減少50%以上。美國能源部的「潔凈煤技術」計劃也包括再燃技術，其示範項目分別採用煤或天然氣作為再燃燃料，NOx排放減少30%到70%。在日本、美國、歐洲再燃技術大量應用於新建電站鍋爐和已有電站鍋爐的改造，在商業運行中取得良好的環境效益和經濟效益。在我國燃料再燃燒技術研究和應用起步較晚，主要是因為我國過去對環保的要求較低，另一方面則是出於技術經濟上的考慮。進入90年代，我國嚴重缺電局面開始緩和，大氣污染日益嚴重，1994年全國85個大中城市中NOx超標的城市就有30個，佔35%。1998年對全國322個省控城市量監測結果分析，NOx年日平均值範圍在0.006一0.152mg/m3，全國平均為0.037mg/m3，治理大氣污染成為十分迫切的任務。隨著環保要求的不斷提高，研究適應我國國情的低成本的再燃低NOx燃燒技術具有良好的前景。

二.伊克賽吉分級燃燒原理

抑制NOx 的生成可採取的措施有：

1.降低鍋爐峰值溫度,將燃燒區的煤粉量降低。

2.降低氧濃度（即降低過量空氣係數），將部分二次風管堵住。

3.由於要保證鍋爐的出力，可將部分煤粉和空氣從鍋爐上部投入，這樣就控制了燃燒火焰中心區域助燃空氣的數量，縮短燃燒產物在高溫火焰區的停留時間，避免了高溫和高氧濃度的同時存在。

4．在爐膛中設立再燃區，利用在主燃區中燃燒生成的烴根CHi和未完全燃燒產物CO、H2、C和CnHm等，將NO的還原成N2。

低氮分級燃燒技術

將80%～85%的燃料送入主燃區,燃料在主燃區燃燒生成NOx ,15%～20%的燃料送入再燃區,再燃區過量空氣係數小於1.0(α<1.0),具有很強的還原性氣氛,在主燃區生成的NOx被還原；再燃區不僅能夠還原已經生成的NOx,而且還抑制了新的NOx生成；在燃盡區供給一定量的空氣(稱為燃盡風),保證從再燃區出來的未完全燃燒產物燃盡。根據超細煤粉再燃低NOx燃燒技術原理和前期的研究結果,將整個爐膛燃燒區劃分為主燃區、再燃區和燃盡區。各區域出口過量空氣係數目標值為：主燃區出口α=0.9～1.0,再燃區出口α=0.8～0.9,燃盡區出口α=1.167。鍋爐主、再燃區均以鍋爐實際燃用煤為燃料,主燃區燃燒80%～90%的濃煤粉,再燃區噴入10%～20%的超細化煤粉作為再燃燃料。

超細煤粉是指粒徑小於43μm的煤粉,根據有關研究,這個尺度的煤粉有與霧化燃油相同的燃燒特性。在工程應用中,可以用濃淡分離器從常規煤粉中分離。

三．伊克賽吉分級燃燒的技術特點

1.優異的低負荷不投油穩燃能力。

該設計的理念之一是建立煤粉早期濃縮著火，為此公司開發了高效濃淡分離裝置、兩層濃濃、淡淡一次風合用一層一次風室，中間完全分隔的一次風煤粉燃燒器、周界齒形的煤粉燃燒噴嘴，同時一次風煤粉反切射流技術，極大地提高鍋爐的不投油低負荷穩燃能力。根據設計和校核煤種的著火特性，選用合適的煤粉濃縮比、煤粉噴嘴、和濃一次風反切角度，在煤種允許的變化範圍內確保煤粉及時著火穩燃，並且燃燒器狀態良好。

首先，高濃度煤粉的早期著火提高了燃燒效率；同時通過在爐膛的不同高度布置底部二次風、偏置二次風、上部OFA 和空間分離的S-OFA，將爐膛分成三個相對獨立的部分：燃燒區，NOx還原區和燃盡區。在每個區域合理的控制各自的過量空氣係數，這種改進的空氣分級方法通過優化每個區域的過量空氣係數，在有效降低NOx 排放的同時能最大限度地提高燃燒效率；第三，通過燃燒器區域的剛性偏置二次風，在爐膛壁面附近形成低煤粉濃度的氧化區，避免了爐膛結渣和高溫腐蝕的發生。第四，本技術將煤粉濃淡分離，所有濃一次風煤粉都布置在了燃燒區域下部，相當於提高了煤粉燃盡高度及NOx還原高度，有利於提高鍋爐燃燒效率及降低NOx的排放水平。

3.超低的NOx燃燒排放特性

分級燃燒技術的最突出特點是超低NOx燃燒特性，在保證穩燃高效的前提下，通過採用高效濃淡分離技術、空間燃燒分級技術、一次風逆向射流等手段不僅保證煤粉早著火，穩定燃燒，通過採用上下、左右可調燃盡風噴口技術，實現爐內按需供風和降低爐膛出口煙溫偏差，更重要的是實現了鍋爐超低NOx的燃燒排放。

4.優異的小油點火穩燃能力。

該設計採用公司經過了大量工業應用的煤粉氣化小油燃燒點火技術，在第一層的濃、淡一次風的煤粉燃燒器中布置了小油點火裝置，可以在鍋爐冷態以及熱態啟動時完全不投入大油槍，極大地降低了鍋爐的啟動和在更低負荷下的穩燃油耗。

5.分離燃盡風SOAF還具有較好的降低爐膛出口煙溫偏差特性

採用空間空氣的分級燃燒技術不僅是降低NOx排放、提高煤粉燃盡率的重要手段，同時採用對SOFA的水平擺動調整，更有助於降低爐膛出口兩側煙溫偏差而導致的過熱器及再熱器壁溫偏差的作用。

6. 五大技術特點保證鍋爐改造後大幅提高鍋爐運行經濟性

CEE超低NOx燃燒技術無任何運行成本，它不僅實現鍋爐的超低NOx排放，同時實現了鍋爐高效穩燃、防結渣、防高溫腐蝕、低負荷不投油穩燃、鍋爐小油點火穩燃的特性，擴大了鍋爐的煤種適應性等功能，在工業化應用中取得了優異的效果。

四、伊克賽吉改造方案（煙煤）

下面以典型的300MW四角切圓燃燒鍋爐為例介紹基於分級燃燒技術的CEE低氮燃燒技術

首先，採用在各煤粉管道中布置的的旋風分離器對一次風煤粉進行濃淡分離，兩個濃濃、淡淡的一次風煤粉進入一個一次風室，構成一個一室兩層的煤粉燃燒器。從下往上，一次風煤粉噴嘴依次為：兩室四層濃濃一次風、一層濃淡一次風、兩層淡淡一次風，見圖1所示。

第二，將燃燒區域分成上下三個區域，下部為由兩層四室濃一次風構成的主燃燒穩燃區，中部為兩層四室的淡一次風構成的NOx還原區，頂部為由在主燃燒區上部布置的兩層分離SOFA構成的燃盡區，見圖2所示。

第三，在爐膛燃燒區域的水平截面，一次風噴嘴射流反切，在每層濃一次風噴嘴上部布置一層剛性的偏置二次風，這樣構成了在爐膛中央的高濃度煤粉、高溫、低氧的主燃燒區，在爐膛壁面附近構成了低煤粉濃度、低溫、高過量空氣係數的氧化區；同時SOFA燃盡風噴嘴反切，並可水平、上下擺動，調節爐膛出口火焰溫度和避免爐膛出口兩側煙溫偏差，見圖2、圖4、圖5所示。

第四，一次風煤粉燃燒器採用齒形低NOx煤粉噴嘴,見圖6所示。該結構類似於WR寬調節比燃燒器，但採用了本公司的擺動配合結構，減少了煤粉噴嘴的周界風設計，而在煤粉噴嘴上下兩側各增加了一層二次風，見圖2所示。

第五，在最下層的濃一次風和淡一次風燃燒器布置小油點火裝置，以保證冷熱態鍋爐啟動的少油點火啟動，以及實現鍋爐非正常的超低負荷(低於的30%MCR)的節油穩燃。

五、伊克賽吉CEE超低NOx燃燒系統技術特點

CEE技術的最突出特點是超低NOx燃燒特性，在保證穩燃高效的前提下，通過採用高效濃淡分離技術、空間燃燒分級技術、一次風逆向射流等手段不僅保證煤粉早著火，穩定燃燒，通過採用上下、左右可調燃盡風噴口技術，實現爐內按需供風和降低爐膛出口煙溫偏差，更重要的是實現了鍋爐超低NOx的燃燒排放。它包含了兩大核心技術特點：

（一）、縱向空間的三區分布

在距主燃燒器區頂部約3米以上，布布置了三層SOFA燃盡風，約佔總風量的25%左右，它首先保證了主燃燒器區與高位燃盡風之間有足夠的還原高度，是降低燃料型及熱力型NOx的主要手段；同時，所有燃盡風噴口均設計為可上下左右擺動噴口，實現按需靶向送風及調整鍋爐出口煙溫偏差。

將主燃燒區分成上下兩個濃淡燃燒空間，對於300MW鍋爐的五層煤粉燃燒器，下部布置兩室四層的濃一次風煤粉低NOx齒形燃燒器，中間為第三室的濃淡上下分離低NOx齒形煤粉燃燒器，上部為兩室四層的淡一次風煤粉低NOx齒形燃燒器，上下四室八層的濃、淡煤粉噴嘴都可以分層獨立調節。一次風煤粉全部採用公司開發的管道型高效低阻力旋風分離器，分離後濃淡比為8：2（質量濃度比），阻力約200Pa左右。

這樣在主燃燒區域，構成的下部四層濃煤粉燃燒器組成具有高著火穩燃特性的主燃燒區，保證占鍋爐80%左右的煤粉的下部整體集中布置，對著火燃盡有利，運行時通過調整可以適當降低此區域的過量空氣係數，此區域爐溫達到較高水平，在缺氧的狀態下，NOx還原物大量析出，進入主燃燒區上部，還原已生成的NOx，運行時此區域過量空氣係數在1.0左右，保證鍋爐爐膛主燃燒區足夠高的溫度水平。

該技術在爐膛縱向空間上構成了大空間尺度的燃料上下濃淡分級燃燒、空氣分級燃燒特性，對於降低煤粉燃燒的燃料型NOx形成和熱力型NOx形成具有極其明顯的效果。

（二）、燃燒區域水平截面的兩區分布

在主燃燒區域，本技術將所有濃、淡一次風射流採用反切布置，同時在兩層一次風之間，布置一層剛性偏置二次風射流，其餘主燃燒器二次風維持原切圓射流角度不變。

該設計，在爐膛水平截面上形成了特性截然不同的中心區與近壁區燃燒空間分布。濃、淡一次風反切使一次風煤粉氣流逆向衝進上游來的高溫煙氣，使煤粉在此區域著火燃燒，對穩燃及燃盡相當有利。有利於在爐膛主燃燒器區域組織一個高煤粉濃度、高溫、低氧的燃燒核心區。同時，在較低的過量空氣係數下，燃料型NOx的生成會得到有效抑制，較低的燃燒溫度可在根本上抑制溫度型NOx的產生，從而達到爐內燃燒低NOx的目標。

六、伊克賽吉CEE超低NOx燃燒系統技術改造指標

1. 鍋爐額定負荷下，鍋爐的效率大於94%，飛灰含碳量小於2%；

2. 鍋爐額定負荷下，鍋爐NOx排放量為150～180 mg/Nm3；在BMCR負荷下，NOx排放量低於180mg/Nm3；

3. 相比於改造前，鍋爐啟動的節油率達到80%以上；

4. 爐膛不結渣，無高溫腐蝕情況發生；

5. 鍋爐最低不投油穩燃負荷為35%MCR;

6. 爐膛出口兩側煙溫偏差減小15℃，各受熱面受熱均勻，受熱面壁溫正常；

7. 一次風煤粉燃燒器更換壽命4年以上。

河北伊克賽吉科技有限公司是一家致力於燃燒裝備研發與生產的科技型公司。公司年設計生產能力達到10萬台，擁有一支高素質的專家團隊，具備精準的戰略布局和成熟的研發經驗，已匯聚管理、策劃、研發、技術等領域的博士、教授、資深專家等數十名。

伊克賽吉全系產品引進歐洲高端零組件。採用國內先進加工工藝，執行ISO9001、 CE等多項認證的質里控制體系。公司與多家高校開展合作，通過聯合開發.為企業提供智力支撐，公司擁有多項專利和核心技術成果。

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