[科普中國]-二段燃燒法

簡介

二段燃燒法即將所需空氣分兩次供入爐內(nèi)的燃燒，二段燃燒爐如右圖所示。首先把供給噴燃器的空氣量減少到理論空氣量以下，使燃燒在燃料過濃的條件下進行，然后通過一專門噴口將另一部分剩余空氣繼續(xù)送入爐內(nèi)，使之與燃料過濃燃燒所生成的煙氣混合并完成整個燃燒過程。由于空氣分二次供給燃燒，所以，稱作二段燃燒，主燃燒器送入的空氣稱作一段空氣；專設(shè)噴口送入的空氣稱作二段空氣。相應(yīng)稱作一段燃燒和二段燃燒。

該方法在本世紀(jì)50年代末期首先應(yīng)用于美國洛杉磯地區(qū)火力發(fā)電廠，被公認(rèn)為降低氮氧化物（NOx）排放量的最有效的燃燒方法之一。由于二段燃燒法在燃料燃燒過程中在最易形成NOx的關(guān)鍵時刻，避免使用過剩空氣，故可大幅度減少NOx的生成量。一般適用于大容量煤粉鍋爐2。

原理從NOx的生成機理分析表明，燃燒時只要能避開NOx生成量最大時的空氣過量系數(shù)，就可以大幅度減少NOx的生成量。尤其是當(dāng)過量空氣系數(shù)低于1.0時，效果更為明顯。使燃料過濃燃燒對控制溫度型NOx和燃料型NOx都有明顯的效果。這就是二段燃燒法的理論基礎(chǔ)3。

在二段空氣送入前，由于空氣不足，一段空氣只能供部分燃料燃燒，因而，火焰溫度較低；另一方面，在火焰中還有大量沒燃燒的燃料和大量的不完全燃燒產(chǎn)物存在?？諝庵械牡獨夂驮友醯姆磻?yīng)，由于活化能大，要在燃料基本燃燒完之后才能進行，因而，在這種情況下，NOx的生成量一定很少。對燃料型NOx的生成，由于缺氧，中間產(chǎn)物也不能進一步氧化成NO。所以，燃料過濃燃燒同樣能有效地控制其生成。在二段空氣送入時，由于爐內(nèi)的冷卻作用，煙氣溫度已經(jīng)降低，雖然氧氣已剩余，但由于溫度低，NO的生成反應(yīng)很慢，也可以有效地控制NO的產(chǎn)生。當(dāng)溫度較高時，用降低溫度來使NOx減少是困難的，而是利用了氮和氧的反應(yīng)活化能比碳與氧反應(yīng)活化能高的特點，使燃燒在空氣不足的條件下進行，從而取得較好的控制效果；在必須供應(yīng)足夠的空氣以保證完全燃燒時，選擇煙氣溫度較低的位置送入空氣，這時，雖然空氣有了剩余，但由于溫度已經(jīng)降低，從而有效地抑制了NO的產(chǎn)生。

一段燃燒區(qū)內(nèi)空氣不足，必然會產(chǎn)生大量不完全燃燒產(chǎn)物，還有大量的沒有燃燒的燃料，為保證鍋爐的燃燒經(jīng)濟性，就要求組織好二段空氣與煙氣的混合。一段過量空氣系數(shù)越小，對NOx的控制效果越好，但是，不完全燃燒產(chǎn)物增加。通常，一段過量空氣系數(shù)，對油爐取0.8，對氣體燃料取0.7。