煤燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）主要是一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）及少量的氧化二氮（N2O）。通常煤粉燃烧温度下，NO占90%以上，NO2占5%～10%，N2O只占1%左右。NOx的生成途径共有3种：热力型NOx（Thermal NOx）、燃料型NOx（Fuel NOx）和快速型NOx（Prompt NOx）。目前，国内外控制NOx排放的技术措施主要有两大类：

（1）采用低NOx的燃烧技术，通过改变燃烧过程来有效地控制NOx的生成。

（2）尾部烟气脱硝处理。使用选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）两种方式对烟道气进行处理，在NOx形成后即被净化。本节主要介绍低NOx煤粉燃烧技术。

由于在安装和操作上相对简单，基建成本和运行成本相对较低，低NOx燃烧技术在许多要求适度降低NOx排放量的情况下成为首选。此外，低NOx燃烧系统也可以作为初步措施与下游的烟道气处理技术一起使用。

低NOx煤粉燃烧技术目前主要有以下几种。

（一）低过量空气燃烧

使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法，一般可降低15%～20%的NOx排放。但如炉内氧浓度过低（3%以下），会造成CO浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。

（二）空气分级燃烧

基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成，在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70%～75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（Over Fire Air），又称为“燃尽风”喷口，送入炉膛，与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。目前已开发出先进的分段送风系统，例如分离式燃尽风（SOFA）和强耦合式燃尽风（CCOFA），这两项技术的使用可以达到减少NOx排放和提高锅炉性能的目的，如图529所示。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级燃烧法。

图529　空气分级燃烧

这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低，并引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。

（三）燃料分级燃烧

在燃烧中已生成的NO遇到碳氢基团CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm，时，会发生NO的还原反应，反应式为：

利用这一原理，将80%～85%的燃料送入第一级燃烧区，在α＞1条件下，燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料。其余15%～20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区，在α＜1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子，二级燃烧区又称再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。

图530　燃料分级然烧

一般采用燃料分级可使NOx的排放浓度降低50%以上。在再燃区的上面还需布置“燃尽风”喷口形成第三级燃烧区（燃尽区），以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。这种再燃烧法又称为燃料分级燃烧，燃料分级燃烧如图530所示。

天然气被认为是再燃的理想燃料，煤粉炉可以利用煤粉作为二次燃料，宜采用高挥发分易燃的煤种，而且煤粉要磨得更细，采用所谓的超细煤粉。

（四）烟气再循环(www.daowen.com)

目前使用较多的还有烟气再循环法，它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低NOx的排放浓度。从空气预热器前抽取温度较低的烟气，通过再循环风机将抽取的烟气送入空气烟气混合器，和空气混合后一起送入炉内，再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比，称为烟气再循环率。

烟气再循环法降低NOx排放的效果与燃料品种和烟气再循环有关。经验表明，烟气再循环率为15%～20%时，煤粉炉的NOx排放浓度可降低25%左右。NOx的降低率随着烟气再循环率的增加而增加，而且与燃料种类和燃烧温度有关。燃烧温度越高，烟气再循环率对NOx降低率的影响越大，电站锅炉和烟气再循环率一般控制在10%～20%。当采用更高的烟气再循环率时，燃烧会不稳定，未完全燃烧热损失会增加。另外采用烟气再循环时需加装再循环风机、烟道，还需要场地，增大了投资，系统复杂。对原有设备进行改装时还会受到场地的限制。

（五）低NOx燃烧器

煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛，而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入炉膛的。从燃烧的角度看，燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的。因此，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将前述的空气分级、燃料分级和烟气再循环等多种降低NOx的技术用于燃烧器，以尽可能地降低着火氧的浓度，适当降低着火区的温度，达到最大限度地抑制NOx生成的目的，这就是低NOx燃烧器。

低NOx燃烧器得到了广泛地开发和应用，世界各国的大锅炉公司，为使其锅炉产品满足日益严格的NOx排放标准，分别开发了不同类型的低NOx燃烧器，NOx可降低30%～60%。目前国内外开发出各种高效低NOx排放燃烧器，如B&W公司研制的旋流分级燃烧器，EIDRB双调风燃烧器，LNASB型低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器等。

1.B&W旋流分级燃烧器

图531　旋流分级燃烧器

B&W公司的旋流分级燃烧器如图531所示。其特点是一次风不旋转，二次风分成两股，内侧是旋转二次风，外围是直流二次风，空气分级送入，燃烧器加设了中心风，来弥补火焰根部风量的不足并增大调节范围。调整中心风量便可调整火焰中心回流区的位置。整个燃烧器的气流流动状况主要由二次风来控制，旋转二次风形成内回流，高温回流烟气将煤粉加热到着火；速度高达40～45m/s的直流二次风将旋转气流的扩散角控制在15°左右，使射流既不致很快衰减，又不致干扰邻近燃烧器射流的发展。改变直流二次风和旋转二次风的比例，可改变火焰的旋流强度，从而改变火焰的形状与回流区的大小。这种燃烧器的特点是使燃烧器中心保持还原性气氛、富燃料状态，从而实现降低NOx的目的。

为了增强燃烧后期的扰动及减少NOx二排放量，在前、后炉墙分段送入三次风（实际上是二次风）和乏气。三次风不仅补充燃烧所需的空气，而且还能迫使气流转弯，避免火焰靠近炉墙以减轻结渣和腐蚀。乏气的温度较低，为了减少它对燃烧过程的影响，通常从三次风喷口下部送入炉膛。

2.EIDRB双调风燃烧器

EIDRB双调风燃烧器的构造如图532所示。该燃烧器的特点是，一次风不旋转，可调节内外二次风的旋流强度及旋流方向。通过控制煤粉与空气的混合，使燃烧从燃烧器的出口开始，将完全燃烧区调长。这种延时燃烧的方法可降低火焰峰值温度和降低燃烧强度，进而减少NOx的生成量。

图532　EIDRB双调风燃烧器

A—高温、富燃料、挥发分析出区；B—还原区；C—NOx分解区；D—焦炭氧化区

3.LNASB型低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器

图533　LNASB型低NO轴向旋流式煤粉燃烧器

LNASB 型煤粉燃烧器按照其配风方式主要分为一次风、二次风、三次风、中心风，如图533所示。煤粉及其输送用风（即一次风）经煤粉管道、一次风入口、一次风管、煤粉收集块、稳燃器、燃烧器旋口喷入炉膛。煤粉和一次风的混合物切向进入一次风入口段，经该入口段铸件上的旋流片达到周向分配均匀后经镶嵌在该铸件锥面内壁上的提升杆达到径向分布均匀后在一次风管内旋转前进，流经燃烧器煤粉收集块时，在沿圆周方向均匀分布的8块收集块的作用下在一次风管喷口附近形成8股相对浓相煤粉气流而实现周向浓淡分级燃烧。一次风前端的稳燃环能使煤粉气流迅速着火，稳定燃烧，保证了燃烧器的低负荷稳燃性能。

各燃烧器的燃烧配风分为两级，即旋流二次风、旋流三次风，其中仅二次风旋流强度可通过手动改变旋流器位置进行调节。此外可分别通过二、三次风入口处的手动套筒挡板调节二、三次风的风量。燃烧器各风门位置及旋流器位置在燃烧调整试验时确定，以保证得到高的燃烧效率和低的NOx生成量，当燃料未发生较大变化时运行中可不作调节。与燃烧器主体炉膛侧相接的为一渐扩形的耐火砖旋口，该旋口的目的是为保证获得合理的气流结构。