浙大低NOx控制技術
近十年來，浙江大學熱能工程研究所對燃煤過程中氮氧化物控制開展了大量的理論及實驗研究。針對燃煤過程中的NOx生成規律及生成破壞機理，結合當前國際上最先進的NOx控制研究成果，浙大熱能工程研究所對NOx燃燒中控制以及燃燒后控制各項技術進行了全面地研究創新，結合我國實際情況形成了一整套有中國特色的低NOx控制技術。浙大低NOx控制技術以爐內控制NOx為主，結合空氣分級燃燒Stage-air、燃盡風OFA和燃料再燃Reburning以及SNCR等各項技術，針對不同參數下的技術應用進行了全面地優化整合與改進，并且研制開發了獨具浙大特色的低NOx燃燒器LNB技術——“可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術”，該項技術近年來在工程應用中得到不斷發展并完善，應用結果表明該技術具有低NOx排放，低負荷穩燃，濃度連續可調，防止結渣，煤種及負荷適應能力強的優點。
1.可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術
可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術主要通過煤粉濃淡分離來實現低NOx燃燒，同時兼有穩燃的效果。采用濃淡燃燒技術，可在燃燒器出口局部形成富燃料區域，造成還原性氣氛，抑制NOx的生成，能使NOx有較大幅度降低。下降幅度同樣視改造的層次而定，層次越多，下降幅度越大。另外，該技術還采用了“濃淡燃燒＋穩燃體”雙穩燃技術，確保低負荷下具有良好的穩燃效果：對于四角直流燃燒器改造1～2層可使低負荷不投油穩燃效果從70%負荷降至40%～50%負荷。其具體原理及其技術分析如下：
（1）扇狀流線型撞擊式慣性煤粉濃淡分離燃燒技術
該濃淡分離裝置的基本設計思想是利用扇形擋塊對煤粉顆粒的慣性導向作用，實現煤粉氣流的濃縮和分流，達到煤粉濃淡分離目的。如圖1所示。
濃度的連續可調是通過改變擋塊高度來實現的。當擋塊轉動使高度發生變化時，顯然濃淡分離效果是不同的，這樣達到煤粉濃度連續可調目的。
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圖1撞擊式煤粉濃淡分流器示意圖
（2）穩燃體穩燃技術
在燃燒器噴口采用V型穩燃體，關于V型穩燃體的穩燃作用及效果已在實踐中得到認同。我們在原有結構基礎上，提出了帶中心可調風的V型穩燃體燃燒技術，在V型體中間加入調節風，直接噴入爐內，通過改變燃燒器出口流場特性及煤粉濃度達到調節目的。
除了具有良好的低NOx控制以及低負荷穩燃效果以外，該技術還具有如下特點：
1）煤粉濃度可連續調節
2）噴口超溫報警系統
3）有良好的防結渣性能
4）濃度轉向及均勻作用
5）改造簡單，操作方便，阻力損失小
6）噴口及主要耐磨部件壽命長
目前，該項技術已在容量為65t/h-670t/h的近五十臺鍋爐上應用，均取得了很好的應用效果。
2.燃料再燃燒技術（Reburning）
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再燃燒技術是指在爐膛內設置二次燃料貧氧燃燒的NOx還原區段，以控制NOx的最終生成量的一種爐內燃料分級(區)燃燒技術。它首先由德國在80年代末期提出，稱為IFNR技術(InFurnaceNOxReduction)。這一技術很快引起歐洲、北美和日本的普遍關注，投入研究開發力量，取得了很大的成就，使再燃技術很快商業化。燃料再燃實際上是把爐內燃燒過程沿爐膛高度分為如圖2所示的三個燃燒區：
（1）主燃區，大部分燃料在該區燃燒，其化學當量比(SR)大于1。由于該區氧氣充足，火焰溫度較高，因此將形成較多的NOx。此外，會有一定量的未完全燃燒產物和NOx，一起進入再燃區。
（2）在燃區，在燃燃料在空氣不足的條件下噴射到主燃區的下游，形成還原性氣氛（α＜1），有利于主燃區生成的NOX進行還原反應，最終生成N2。
（3）燃盡區，在該區加入其余空氣，形成富氧燃燒區（α＞1）使未完全燃燒產物燃盡。式（1）、（2）和（3）是主燃區、再燃區和燃盡區的主要化學反應。在再燃區NOX被還原成N2，而在燃盡區，還會有少量的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)
再燃燃料多種多樣，可以是油、天然氣、液化氣、煤粉、生物質、廢棄可燃物、水煤漿等等。一般地說，煤粉再燃對NOx還原效果要略差于天然氣再燃。煤粉再燃中，揮發份高的煤如褐煤，再燃的脫硝效果比其他煤種好一些。
再燃技術中關鍵參數包括：再燃比例、再燃區停留時間、再燃區的化學當量比等。對于不同性質和粒度的再燃燃料，這三個參數是不同。另外，其他參數，如燃燼區過量空氣系數、爐內溫度場和流場等也會不同程度地影響再燃脫硝效果。
再燃脫硝效果比低N0x燃燒器脫硝效率高，用于電站鍋爐脫硝引起國內外專家的重視。再燃技術因其初期投資小、改造工作量小、運行成本低，得到了迅速發展，目前全世界已有數十臺鍋爐采用再燃控制NOx排放，脫硝率一般為30%～60%。采用再燃技術控制鍋爐NOx排放，能夠滿足不同地區的不同環保要求，具有很好的適應性。再燃技術主要的優點有：
1、設備簡單，安裝、改造工作量小，適用范圍廣。現有鍋爐應用再燃技術，只需主燃燒器上方增加再燃燃料噴嘴和燃盡風噴嘴即可。相對于其他NOx控制技術，再燃技術設備簡單，安裝、改造工作量小，適用于各種燃料的各種爐型，如四角燃燒爐、對沖爐、旋風爐。
2、成本低。與選擇性催化還原SCR技術和低NOx燃燒器技術相比，再燃技術因其設備簡單，改造工作量小而初期投資成本小。而且，因無須催化劑再燃技術的運行成本更是比SCR技術低很多。美國能源部經濟分析預測，對于同樣高效NOx控制技術，再燃技術比SCR便宜2～3倍。
3、對機組運行的影響小。應用再燃技術控制NOx，對機組運行影響小。運行方式靈活，可以隨主燃燒器一起投運，增加機組帶負荷能力，也可以作為低負荷燃燒器，增加機組的低負荷能力。再燃可能帶給機組運行不利的影響是結渣加重和飛灰含碳量增加，但通過運行調節如配風和煤粉細度可以較好地解決問題。
3.空氣分級燃燒技術（Stage-air）
空氣分級燃燒技術的基本原理與燃料再燃相似，也是通過將燃料的燃燒過程分段進行來減少NOx的生成量。空氣分級燃燒技術將燃燒用風分為一、二次風，通過減少煤粉燃燒區域的空氣量來提高燃燒區域的煤粉濃度，并且通過分級配風設計來推遲一、二次風混合時間，使煤粉進入爐膛時形成富燃料區，并在富燃料區進行缺氧燃燒，從而降低燃料型NOx的生成。然后缺氧燃燒產生的煙氣再與補入的二次風混合，使燃料完全燃燒。
空氣分級燃燒技術按分級方向分主要有兩種方式：水平方向空氣分級燃燒和垂直方向空氣分級燃燒。
水平方向空氣分級燃燒，使部分二次風射流偏向爐壁，遠離燃燒中心，延遲了煤和空氣的混合，減少了火焰中心NOx的生成量。同時可避免水冷壁附近還原性氣氛的形成，減弱水冷壁的高溫腐蝕。
垂直方向空氣分級燃燒，一般通過調整整組燃燒器頂部加裝的燃盡風噴嘴的數量和位置，并使其風量占二次風總量的14％左右，作為降低NOx的手段。根據燃用煤質情況的不同，二次風風量大小可沿高度實現不同的分級送風方式，既可保證煤粉的燃盡，又達到降低NOx的目的。
與燃料再燃相似，空氣分級燃燒也有著設備簡單，改造、運行成本低，對機組運行影響較小等優點。目前，空氣分級燃燒的脫硝率一般在20％～30％之間。
4.燃燒優化自動控制技術
為了使各種低NOx控制系統運作與配合良好，以確保其預期效果，必須對整個脫硝系統以及燃燒過程實現優化自動控制。首先，在實際運行中應盡量控制各燃燒器之間的燃料量分配偏差在±5％至±10％的范圍內，一次風量偏差在±10％或更小的范圍內，保持一次風煤粉管內的流速在低負荷運行時超過其最低速度極限，以最大限度地減少一次風管中可能存在的煤粉沉積及管道堵塞問題；其次，應保持二次風量與各燃燒器的燃料量的匹配，并控制各組燃燒器的二次風量偏差在±10％的范圍內、合理組織二次風沿爐膛高度方向上的分級燃燒以降低NOx排放；同時，調整磨煤機運行參數使煤粉保持足夠的煤粉細度，在實現分級燃燒降低NOx排放的同時保持煤粉的燃盡。
浙大熱能工程研究所在燃燒優化自動控制方面積累了豐富的經驗，所有自動控制工程設計將遵循以下技術目標和原則：
1)標準化。所有工程設計及其實施將按照國家、地方的有關標準進行。所選用的系統，設備，產品和軟件符合工業標準或主流模式。
2)先進性。工程的整體方案將保證具有明顯的先進特征。考慮到電子信息技術的迅速發展，所有設計在技術上將適度超前，所采用的設備，產品和軟件不僅成熟而且能代表當今世界的技術水平。
3)實用性。工程設計將以用戶需求分析著手，并以得到用戶認可的需求為目標來開展工作，保證滿足目前及將來的各種需要。
4)合理性和經濟性。在保證先進性的同時，以提高工作效率，節省人力和各種資源為目標進行工程設計，充分考慮系統的實用和效益，爭取獲得最大的投資回報率。
5)安全性和可靠性。安全和可靠是對動力能源的基本要求，是自動控制工程設計所追求的主要目標。
6)模塊化和可擴充性。集成管理系統的總體結構將是結構化和模塊化的，具有很好的兼容性和可擴充性，既可使不同廠商的設備產品綜合在一個系統中，又可使系統能在日后得以方便地擴充，并擴展另外廠商的設備產品。
7)方便性和舒適性。燃燒優化控制系統使用人性化的人機界面，其使用和操作上將是十分方便和舒適的，能夠為客戶提供最有效的信息服務，提供高效、舒適、便利和安全的工作環境。
8）靈活性。系統提供管理人員和用戶靈活移動和變更設備的可能。
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