浙大低NOx控制技术
近十年来，浙江大学热能工程研究所对燃煤过程中氮氧化物控制开展了大量的理论及实验研究。针对燃煤过程中的NOx生成规律及生成破坏机理，结合当前国际上最先进的NOx控制研究成果，浙大热能工程研究所对NOx燃烧中控制以及燃烧后控制各项技术进行了全面地研究创新，结合我国实际情况形成了一整套有中国特色的低NOx控制技术。浙大低NOx控制技术以炉内控制NOx为主，结合空气分级燃烧Stage-air、燃尽风OFA和燃料再燃Reburning以及SNCR等各项技术，针对不同参数下的技术应用进行了全面地优化整合与改进，并且研制开发了独具浙大特色的低NOx燃烧器LNB技术——“可调煤粉浓淡低NOx燃烧及低负荷稳燃技术”，该项技术近年来在工程应用中得到不断发展并完善，应用结果表明该技术具有低NOx排放，低负荷稳燃，浓度连续可调，防止结渣，煤种及负荷适应能力强的优点。
1.可调煤粉浓淡低NOx燃烧及低负荷稳燃技术
可调煤粉浓淡低NOx燃烧及低负荷稳燃技术主要通过煤粉浓淡分离来实现低NOx燃烧，同时兼有稳燃的效果。采用浓淡燃烧技术，可在燃烧器出口局部形成富燃料区域，造成还原性气氛，抑制NOx的生成，能使NOx有较大幅度降低。下降幅度同样视改造的层次而定，层次越多，下降幅度越大。另外，该技术还采用了“浓淡燃烧＋稳燃体”双稳燃技术，确保低负荷下具有良好的稳燃效果：对于四角直流燃烧器改造1～2层可使低负荷不投油稳燃效果从70%负荷降至40%～50%负荷。其具体原理及其技术分析如下：
（1）扇状流线型撞击式惯性煤粉浓淡分离燃烧技术
该浓淡分离装置的基本设计思想是利用扇形挡块对煤粉颗粒的惯性导向作用，实现煤粉气流的浓缩和分流，达到煤粉浓淡分离目的。如图1所示。
浓度的连续可调是通过改变挡块高度来实现的。当挡块转动使高度发生变化时，显然浓淡分离效果是不同的，这样达到煤粉浓度连续可调目的。
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图1撞击式煤粉浓淡分流器示意图
（2）稳燃体稳燃技术
在燃烧器喷口采用V型稳燃体，关于V型稳燃体的稳燃作用及效果已在实践中得到认同。我们在原有结构基础上，提出了带中心可调风的V型稳燃体燃烧技术，在V型体中间加入调节风，直接喷入炉内，通过改变燃烧器出口流场特性及煤粉浓度达到调节目的。
除了具有良好的低NOx控制以及低负荷稳燃效果以外，该技术还具有如下特点：
1）煤粉浓度可连续调节
2）喷口超温报警系统
3）有良好的防结渣性能
4）浓度转向及均匀作用
5）改造简单，操作方便，阻力损失小
6）喷口及主要耐磨部件寿命长
目前，该项技术已在容量为65t/h-670t/h的近五十台锅炉上应用，均取得了很好的应用效果。
2.燃料再燃烧技术（Reburning）
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再燃烧技术是指在炉膛内设置二次燃料贫氧燃烧的NOx还原区段，以控制NOx的最终生成量的一种炉内燃料分级(区)燃烧技术。它首先由德国在80年代末期提出，称为IFNR技术(InFurnaceNOxReduction)。这一技术很快引起欧洲、北美和日本的普遍关注，投入研究开发力量，取得了很大的成就，使再燃技术很快商业化。燃料再燃实际上是把炉内燃烧过程沿炉膛高度分为如图2所示的三个燃烧区：
（1）主燃区，大部分燃料在该区燃烧，其化学当量比(SR)大于1。由于该区氧气充足，火焰温度较高，因此将形成较多的NOx。此外，会有一定量的未完全燃烧产物和NOx，一起进入再燃区。
（2）在燃区，在燃燃料在空气不足的条件下喷射到主燃区的下游，形成还原性气氛（α＜1），有利于主燃区生成的NOX进行还原反应，最终生成N2。
（3）燃尽区，在该区加入其余空气，形成富氧燃烧区（α＞1）使未完全燃烧产物燃尽。式（1）、（2）和（3）是主燃区、再燃区和燃尽区的主要化学反应。在再燃区NOX被还原成N2，而在燃尽区，还会有少量的NOX再度生成。
N2+O2→NOX (1)
CHX+NOX→CN+NH2+H2O
NOX+NH2→N2+H2O
NOX+CN→N2+CO
NOX+CO→N2+CO2 (2)
CHX+CO+O2→CO2+H2O
CN+NH2+O2→NOX+CO2+H2O (3)
再燃燃料多种多样，可以是油、天然气、液化气、煤粉、生物质、废弃可燃物、水煤浆等等。一般地说，煤粉再燃对NOx还原效果要略差于天然气再燃。煤粉再燃中，挥发份高的煤如褐煤，再燃的脱硝效果比其他煤种好一些。
再燃技术中关键参数包括：再燃比例、再燃区停留时间、再燃区的化学当量比等。对于不同性质和粒度的再燃燃料，这三个参数是不同。另外，其他参数，如燃烬区过量空气系数、炉内温度场和流场等也会不同程度地影响再燃脱硝效果。
再燃脱硝效果比低N0x燃烧器脱硝效率高，用于电站锅炉脱硝引起国内外专家的重视。再燃技术因其初期投资小、改造工作量小、运行成本低，得到了迅速发展，目前全世界已有数十台锅炉采用再燃控制NOx排放，脱硝率一般为30%～60%。采用再燃技术控制锅炉NOx排放，能够满足不同地区的不同环保要求，具有很好的适应性。再燃技术主要的优点有：
1、设备简单，安装、改造工作量小，适用范围广。现有锅炉应用再燃技术，只需主燃烧器上方增加再燃燃料喷嘴和燃尽风喷嘴即可。相对于其他NOx控制技术，再燃技术设备简单，安装、改造工作量小，适用于各种燃料的各种炉型，如四角燃烧炉、对冲炉、旋风炉。
2、成本低。与选择性催化还原SCR技术和低NOx燃烧器技术相比，再燃技术因其设备简单，改造工作量小而初期投资成本小。而且，因无须催化剂再燃技术的运行成本更是比SCR技术低很多。美国能源部经济分析预测，对于同样高效NOx控制技术，再燃技术比SCR便宜2～3倍。
3、对机组运行的影响小。应用再燃技术控制NOx，对机组运行影响小。运行方式灵活，可以随主燃烧器一起投运，增加机组带负荷能力，也可以作为低负荷燃烧器，增加机组的低负荷能力。再燃可能带给机组运行不利的影响是结渣加重和飞灰含碳量增加，但通过运行调节如配风和煤粉细度可以较好地解决问题。
3.空气分级燃烧技术（Stage-air）
空气分级燃烧技术的基本原理与燃料再燃相似，也是通过将燃料的燃烧过程分段进行来减少NOx的生成量。空气分级燃烧技术将燃烧用风分为一、二次风，通过减少煤粉燃烧区域的空气量来提高燃烧区域的煤粉浓度，并且通过分级配风设计来推迟一、二次风混合时间，使煤粉进入炉膛时形成富燃料区，并在富燃料区进行缺氧燃烧，从而降低燃料型NOx的生成。然后缺氧燃烧产生的烟气再与补入的二次风混合，使燃料完全燃烧。
空气分级燃烧技术按分级方向分主要有两种方式：水平方向空气分级燃烧和垂直方向空气分级燃烧。
水平方向空气分级燃烧，使部分二次风射流偏向炉壁，远离燃烧中心，延迟了煤和空气的混合，减少了火焰中心NOx的生成量。同时可避免水冷壁附近还原性气氛的形成，减弱水冷壁的高温腐蚀。
垂直方向空气分级燃烧，一般通过调整整组燃烧器顶部加装的燃尽风喷嘴的数量和位置，并使其风量占二次风总量的14％左右，作为降低NOx的手段。根据燃用煤质情况的不同，二次风风量大小可沿高度实现不同的分级送风方式，既可保证煤粉的燃尽，又达到降低NOx的目的。
与燃料再燃相似，空气分级燃烧也有着设备简单，改造、运行成本低，对机组运行影响较小等优点。目前，空气分级燃烧的脱硝率一般在20％～30％之间。
4.燃烧优化自动控制技术
为了使各种低NOx控制系统运作与配合良好，以确保其预期效果，必须对整个脱硝系统以及燃烧过程实现优化自动控制。首先，在实际运行中应尽量控制各燃烧器之间的燃料量分配偏差在±5％至±10％的范围内，一次风量偏差在±10％或更小的范围内，保持一次风煤粉管内的流速在低负荷运行时超过其最低速度极限，以最大限度地减少一次风管中可能存在的煤粉沉积及管道堵塞问题；其次，应保持二次风量与各燃烧器的燃料量的匹配，并控制各组燃烧器的二次风量偏差在±10％的范围内、合理组织二次风沿炉膛高度方向上的分级燃烧以降低NOx排放；同时，调整磨煤机运行参数使煤粉保持足够的煤粉细度，在实现分级燃烧降低NOx排放的同时保持煤粉的燃尽。
浙大热能工程研究所在燃烧优化自动控制方面积累了丰富的经验，所有自动控制工程设计将遵循以下技术目标和原则：
1)标准化。所有工程设计及其实施将按照国家、地方的有关标准进行。所选用的系统，设备，产品和软件符合工业标准或主流模式。
2)先进性。工程的整体方案将保证具有明显的先进特征。考虑到电子信息技术的迅速发展，所有设计在技术上将适度超前，所采用的设备，产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。
3)实用性。工程设计将以用户需求分析着手，并以得到用户认可的需求为目标来开展工作，保证满足目前及将来的各种需要。
4)合理性和经济性。在保证先进性的同时，以提高工作效率，节省人力和各种资源为目标进行工程设计，充分考虑系统的实用和效益，争取获得最大的投资回报率。
5)安全性和可靠性。安全和可靠是对动力能源的基本要求，是自动控制工程设计所追求的主要目标。
6)模块化和可扩充性。集成管理系统的总体结构将是结构化和模块化的，具有很好的兼容性和可扩充性，既可使不同厂商的设备产品综合在一个系统中，又可使系统能在日后得以方便地扩充，并扩展另外厂商的设备产品。
7)方便性和舒适性。燃烧优化控制系统使用人性化的人机界面，其使用和操作上将是十分方便和舒适的，能够为客户提供最有效的信息服务，提供高效、舒适、便利和安全的工作环境。
8）灵活性。系统提供管理人员和用户灵活移动和变更设备的可能。
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