低NOx煤粉燃烧技术
北京国电龙高科环境工程技术有限公司作为中国低氮燃烧技术和产业发展的引领者，由哈尔滨工业大学燃煤污染物减排国家工程实验室和燃烧工程研究所提供国际一流的开发环境和试验条件，并且是哈尔滨工业大学燃烧工程研究所低氮燃烧相关技术进行产业推广的唯一平台，在相关专利的使用方面具有唯一性和排他性。
我公司参加中国工程院院士、哈尔滨工业大学秦裕琨教授带领的燃烧工程研究所研发团队承担的中国第一个国家级低氮燃烧技术的示范项目（国家电力公司重大科技项目）、北京奥运、上海世博会、广州亚运会等环保治理工程。
根据我公司在70余个电厂150余台锅炉上的改造经验，目前我公司采用的四角切圆锅炉立体分级低氮燃烧技术、墙式对冲锅炉中心给粉旋流煤粉燃烧技术、“W”型火焰锅炉多次引射分级燃烧技术均具有燃烧稳定性强、煤种适应性好、降氮效果明显、燃烧效率高、有效防止高温腐蚀和结渣等优势。其中哈工大自主研发的水平浓淡燃烧技术是国内唯一向各大锅炉厂推广并应用的燃烧技术。
哈工大立体分级低氮燃烧技术在国内外的应用情况
1、立体分级低氮燃烧技术
通过对四角切圆锅炉炉内燃烧过程的深入研究，将炉内垂直空气分级燃烧技术、水平空气分级燃烧技术与水平燃料分级技术等有机结合起来，研究和开发了四角切圆煤粉锅炉“立体分级低氮燃烧技术”。
在水平方向上采用第三代水平浓淡煤粉燃烧装置对燃料进行分级，从火焰中心到水冷壁依次是浓煤粉、淡煤粉、偏置二次风，保证了水冷壁附近的氧化性气氛，炉膛中心的强还原性气氛，形成“风包粉”的低氮燃烧形式；垂直方向采用“适时、适地、适度”的高位燃尽风设计，通过垂直空气分级，使主燃区始终处于还原性气氛，保证了NOX的大幅度减排。
角式切向燃烧的燃煤锅炉立体分级低氮燃烧技术原理图
水平浓淡煤粉燃烧器结构示意图
技术优势：
（1）优异的低NOx排放性能
水平浓淡煤粉燃烧技术与炉内空气垂直分级燃烧技术相结合形成的立体分级低NOx 排放系统，可使NOx的减排率达到40%~66%，满足电厂对NOx排放浓度的需要。
其中，燃用高挥发分煤质时，NOx排放指标可降至150~200mg/Nm3；燃用中低挥发分煤质时，NOx排放指标可降至300~500mg/Nm3。
哈工大的“立体分级低氮燃烧技术”与其他技术流派相比NOx减排性能优势明显，尤其在燃用差煤时，NOx减排率可高出5%~10%左右。
（2）防结渣和防高温腐蚀效果好
“风包粉”煤粉燃烧技术使水平浓淡分级后的浓煤粉气流在靠近炉膛中心区域燃烧，淡煤粉气流包裹在浓煤粉气流外侧，防止浓煤粉气流向水冷壁壁面流动，同时在淡侧喷口背火侧布置有较大出口动量的侧二次风喷口，与淡一次风配合进一步降低靠近水冷壁壁面的煤粉颗粒浓度，使壁面氧化性气氛增强，有利于防止结渣和高温腐蚀。
（3）着火稳定性和煤质适应性强
水平浓淡煤粉燃烧技术的浓煤粉侧煤粉浓度高达0.8-1.2 kg/kg，可保证30~40%BMCR负荷以下不投油长时间稳燃运行。
煤粉浓度提高，对一些热值低、挥发分低及灰分大的劣质煤能保持强稳燃能力和高燃烧效率。Vdaf 在5%～50%，Qnet, ar在2700 ～6000 kcal/kg范围内均可很好燃用。
（4）汽温及减温水量控制合理
水平浓淡煤粉燃烧技术具有一次风着火早、火焰稳定性强的特点，与高位燃尽风相配合，使火焰中心高度适宜，炉膛出口烟温变化不大。
高位燃尽风喷口设计水平方向±10°摆动，垂直方向±15°摆动，避免出口烟温偏差的同时适当调整炉内火焰中心高度，对过热器和再热器出口蒸汽温度的调节起到很大作用，使减温水投入量处于合理范围内。
2、墙式对冲中心给粉旋流煤粉燃烧技术
中心给粉旋流煤粉燃烧技术是通过布置在一次风管内的浓缩设备实现煤粉的浓缩，正对着燃烧器的中心回流区部分将浓淡分离后的煤粉喷入炉膛，实现浓在内淡在外的燃料分级燃烧；根据燃用煤质的不同，二次风设计采用风量可控的内外两通道或三通道的区别设计，形成了空气分级燃烧。
空气分级与浓淡分级相结合，使回流区形成中心是还原性气氛，外围是氧化性气氛的旋流煤粉燃烧条件，结合高位燃尽风的设计，实现垂直方向的空气分级，在燃烧过程中大幅度降低NOX排放浓度。
墙式对冲煤粉燃烧技术示意图
墙式对冲燃烧的燃煤锅炉复合分级低氮燃烧技术原理图
中心给粉旋流煤粉燃烧器结构示意图
中心给粉旋流煤粉燃烧器回流区CFD模拟结果
技术优势：
（1）优异的低NOx排放性能
中心给粉旋流煤粉燃烧器煤粉喷入位置正对中心回流区的中心部分，增加了穿过中心回流区的煤粉量，并延长了煤粉在回流区的停留时间。使煤粉在还原性气氛中燃烧，可有效抑制NOx的形成。
中心给粉旋流煤粉燃烧器形成稳定的回流区，有利于煤粉稳定燃烧及氮氧化物的降低。二次风分成了内外旋流二次风两部分，通过调节风门挡板开度，可改变二次风分级燃烧的程度。浓淡燃烧与二次风分级燃烧相结合，可实现最大限度的低NOx燃烧。
中心给粉旋流煤粉燃烧器有较好的中心回流区，在燃烧器中心形成了颗粒体积流量和颗粒数密度峰值，中心回流区中的颗粒体积流量大，形成了高温、高浓度区域，同时，此区域烟气温度高，与回流区的对流换热强烈，有利于颗粒的加热着火和稳定燃烧。
（3）防结渣及防高温腐蚀效果好
煤粉集中在燃烧器的中心区域，可有效地防止煤粉被甩到两侧墙上，因而有利于防止结渣。且减少了进入二次风中的煤粉量，从而易在水冷壁区域形成氧化性气氛，防止水冷壁的高温腐蚀。
（4）汽温及减温水量控制合理
中心给粉旋流煤粉燃烧器具有较好的着火、稳燃性能，可保证着火点位于水冷壁附近。维持火焰中心不变，同时可有效地防止炉内结渣，增加炉内吸热量，使减温水投入量处于合理范围内。
3、 “W”型火焰锅炉多次引射分级燃烧技术
“W”型火焰锅炉多次引射分级燃烧技术是在拱上由炉膛中心向前后墙依次布置一次风、内二次风、乏气和外二次风，拱下布置下倾三次风，拱上垂直段合理布置燃尽风。
使浓煤粉一次风布置在靠近炉膛中心一侧，有利于及时着火；由高速的内、外二次风和下倾三次风依次引射风速较小的一次风下行，从而获得较大的煤粉气流下射速度，同时还实现了随燃烧进行逐渐供风，保证了煤粉燃尽和稳燃；将乏气布置在一次风与前、后墙之间，实现了浓淡燃烧；内、外二次风，三次风和燃尽风逐级给入实现了多次分级燃烧，可保证低NOx排放。
W型火焰燃烧的燃煤锅炉立体分级低氮燃烧技术示意图
W型火焰燃烧的燃煤锅炉立体分级低氮燃烧技术原理图
技术优势：
（1）优异的低NOx排放性能
拱上形成一次风与二次风分离、二次风分成两级而逐步携带一次风粉下行的低NOx燃烧器布置方式，抑制了NOx生成。
一次风靠近炉膛中心侧向火布置，而乏气移至靠近前、后墙水冷壁侧背火布置，设置在乏气与一次风之间的内二次风延迟了一次风与乏气的混合，实现了浓淡燃烧，这有利于抑制NOx生成。
同时将三次风下倾喷入可推迟煤粉气流与三次风的混合，使煤粉处于低氧燃烧，抑制NOx生成。
在拱上垂直段较佳位置处布置下倾喷入的燃尽风，在炉内构建分级燃烧条件，有效抑制了NOx生成。
（2）良好的着火及稳燃效果
—次风靠近炉膛中侧布置，在一次风与炉膛中心之间再无二次风或乏气布置，一次风在着火前将不受二次风或乏气的稀释，从而在一次风下方区域形成了高温、高煤粉浓度区域，而煤粉浓度高，着火热减小，着火温度低，因而煤粉气流着火提前且火焰稳定性提高。
（3）高效燃烧效果好
一次风靠近炉膛中心布置，因靠近炉膛中心区域温度高，煤粉气流喷入炉膛后能与拱下高温回流烟气混合，可及时着火和稳定燃烧而提高燃尽。
内、外二次风和三次风逐级引射携带一次风粉下行，使得一次风粉深入冷灰斗区域，煤粉颗粒在高温的下炉膛具备足够的停留时间而获得较好燃尽。
炉内形成分级燃烧条件，且燃尽风在拱上垂直段较佳位置处下倾喷入，使得燃尽风与上行高温烟气的混合点位于喉口附近区域，有利于延长燃尽时间而确保燃尽。
（4）防结渣效果明显
煤粉浓度高的一次风靠近炉膛中心布置，而煤粉浓度很稀的乏气靠近前、后水冷壁侧布置且位于内二次风和外二次风之间，一方面外二次风阻隔了乏气和一次风中的煤粉颗粒冲刷水冷壁， 另一方面一次风粉受内、外二次风引射而不会冲刷炉拱，因而下炉膛前、后水冷壁和拱部靠近炉膛中心的高温区域不易结渣。
动量较大的三次风在下行气流的压制作用下贴向冷灰斗下行，在冷灰斗表面形成一层空气膜，因而冷灰斗不易结渣。