煤的先进燃烧技术
化艺1101 苗蓓
目前，在我国的能源消费结构中，煤炭是第一能源，以煤、石油、和天然气为主的化石燃料的使用也随之带来一系列的环境问题。煤是最重要的固体燃料，它是一种不均匀的有机燃料，主要由植物的部分分解和变质形成的，所以其形成要经历一段很长的时期，常常是处于高压覆盖层以及较高的温度条件。而在燃烧过程中，煤的发热量低，灰分含量高，含硫量虽然比重油低，但为获得同样热量所耗煤量要大的多，所以产生的硫氧化物反而可能更多。煤的含氮量约比重油高5倍，因而氮氧化物生成量也高于重油，此外煤的燃烧还会带来汞、砷等微量重金属类污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。因此，采用先进的燃烧技术可以使煤充分燃烧，产生的污染会随之减少。
控制NO x 排放的技术措施可以分为两类，一是所谓的源头控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中NO x 的生成反应，另一类是所谓的尾部控制，其特征是把已经生成的NO x 通过某种手段还原为N 2，从而降低NO x 的排放量。低NO x 燃烧技术措施一直是应用最广泛的措施，即便为满足排放标准的要求不得不使用尾气净化装置，仍需采用它来降低净化装置入口的NO x 浓度，已达到节省费用的目的。从20世纪50年代起，人们就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究，到70年代末和80年代，低NO x 燃烧技术的研究和开发达到高潮，开发出低NO x 燃烧器等。90年代后，已开发的低NO x 燃烧器经过大量改进和优化，日臻完善。
一、低NO x 燃烧技术
目前工业采用的低NO x 燃烧技术主要包括低氧技术、烟气循环燃烧、分段燃烧和浓淡燃烧技术等。
1、低氧燃烧技术
NO x 排放量随着炉内空气量的增加而增加，为了降低其含量，锅炉应在炉内空气量较低的工况下运行，一般来说，可以降低15%-20%。锅炉采用低空气过剩系数运行技术，不仅可以降低NO x ，还减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率。需要说明的是，由于采用低空气过剩系数会导致一氧化碳、碳氢化合物以及炭黑等污染物相应增多，飞灰中可燃物质也可能增加，从而使燃烧效率下降，故电站锅炉实际运行时的空气过剩系数不能做大幅度调整。因此，在低空气过剩系数燃烧时，必须同时满足过路盒燃烧效率较高、而一氧化氮等有害物质最少的要求。
我国燃用烟煤的电站锅炉多数设计在空气过剩系数为1.17-1.20（氧含量为
3.5%-4.0%）下运行，此时一氧化碳含量为（30-40）*10^-6；若氧含量降到3.0%以下，则一氧化碳含量将急剧增加，不仅导致化学不完全燃烧损失增大，而且会引起炉内的结渣和腐蚀。因此，以炉内含氧量3%以上或一氧化碳含量等于2*10„^-4作为最小空气过剩系数的选择依据。
2、降低助燃空气预热温度
在工业实际操作中，经常利用尾气的废热预热进入燃烧器的空气。虽然这样有助于节约能源和提高火焰温度，但也导致氮氧化物排放量增加。实验数据表明，当燃烧空气由27℃预热至315℃，NO 排放量将会增加三倍。降低助燃空气预热温度可降低火眼去的温度峰值，从而减少热力型NO x 生成量。实践表明，这一措施不宜用于燃煤、燃油锅炉；对于燃气锅炉，则有明显降低NO x 排放的效果。
3、烟气循环燃烧
烟气循环燃烧法将燃烧产生的部分烟气冷却后，再循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少NO 生成量的目的。烟气循环燃烧法主要减少热力型NO x 的生成量，适合热力型NO x 排放所占份额较大的液态排渣炉、燃油和燃气锅炉，对燃料型NO x 和瞬时NO x 的减少作用甚微。对固态排渣锅炉而言，大约80%的NO 由燃料氢生成的，这种方法的作用就非常有限。
在使用中，烟气循环率在25%-40%的范围内最为适宜。通常的做法是从省煤器出口抽出烟气，加入二次风或者一次风中。加入二次风时，火焰中心不受影响，其唯一作用是降低火焰温度。对不分级的燃烧器，在一次风中加入循环烟气效果较好，但由于燃烧器附近的燃烧工矿会有所变化，要对燃烧过程进行调整。
4、分段燃烧技术
这种技术最早由美国在20世纪50年代发展起来。实验表明，较低的空气过剩系数有利于控制NO x 的形成，分段燃烧法控制氮氧化物就是利用这种原理。在分段燃烧装置中，燃料在接近理论空气量的条件下燃烧；通常空气总需要量—（一般为理论空气量的1.1-1.3倍）的85%-95%与燃料一起供到燃烧器，因为富燃料条件下的不完全燃烧，使得第一段燃烧的烟气温度较低，由于此时氧量不足，NO x 生成量很少。在燃烧装置的尾端，通过第二次空气，时的第一阶段剩余的不完全燃烧产物CO 和CH 完全燃尽。这时虽然氧过量，但由于烟气温度仍然较低，动力学上限制了NO x 的形成。应当指出，在较低空气过剩系数下，不利的燃料-空气分布可能出现，这将导致CO 和粉尘排放量增加，使得燃烧效率降低。根据 分段燃烧原理所研制的各类燃气体、重油、粉煤燃料的烧嘴，以及分段燃烧技术在流化床上的应用，对降低废气排放中NOx 的含量，起到了很好作用。日本在这一领域的研究成果尤为显著。我国应大力开展这方面的科研与技术开发工作，以改善目前炉窑废气污染状况。DNOr —I 型烧嘴的研制正是为了这一目的。试验表明，此烧嘴不仅具有较好的热工性能，而且对NOx 生成也具有较好的抑制功能。
5、再燃技术
再燃技术，即在炉膛的特定区域内注入再燃燃料（占燃料总量的10%-30%），再燃燃料需要使用微细的煤粉，在每个区域都需要保证充分的停留时间，才能达到完全燃烧。煤粉再燃技术又称为燃料分级或炉内还原技术，它是降低NO 排放的诸多炉内方法中最有效的措施之一。再燃技术是先将80%～85% 的燃料送人主燃区， 在空气过量系数大于1的条件下燃烧，其余15% ～2O% 的燃料作为还原剂在主燃烧器的上部某一合适位置喷人形成再燃区，再燃区空气过量系数小于1（再燃区不仅使已生成的N0x 得到还原， 同时还抑制了新的No 的生成，进一步降低NOx ） 。再燃区上方布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃尽。再燃区的化学计量数对氮氧化物的减少程度有着显著的影响。改变化学计量数受到以下因素的限制：1、各区域对火焰稳定性的要求；2、加入再燃燃料引起的CO 和未燃炭增加；3、再燃区水管发生腐蚀的潜在风险。
使用再燃技术会给系统带来很大的灵活性，让电厂有能力控制N0x 的排放浓度。如果仅使用再燃风可以去除25%的N0x ，再加入再燃燃料可以控制60%的排放。管理者能够根据不同的排放限制进行调整。
从原理上来说，任何碳氢燃料都可作为再燃燃料使用。但天然气在再燃中使用的最为广泛，煤炭也可作为再燃燃料。与天然气相比，使用煤炭的优势是价格较低而且减少了在燃煤电厂使用第二种燃料带来的系统复杂性。但使用煤炭作为
再燃燃料通常需要在再燃区和燃尽区有相对较长的停留时间。在一些使用案例中，需要升级磨煤系统或者使用更细的煤，这些措施都提高了成本。
6、浓淡燃烧技术
通过将整个燃烧过程人为区分为燃气和空气配比不同的若干阶段，使燃气的燃烧分别在燃气过浓、燃气过淡和燃尽三个区域分阶段完成，从而达到在燃烧过程中一直NOx 生成的目的。NOx 的生成与空燃比有关。当空燃比接近1时，NOx 的生成量最大。空燃比小于1时，由于氧浓度较低，燃烧过程缓慢，可抑制NOx 的生成。当空燃比大于1.5时，由于燃烧温度较低，也能抑制NOx 的生成。因此该类方法又称为非化学当量燃烧或者偏差燃烧。
通常燃料稀薄燃烧的燃烧器和燃料过浓燃烧的燃烧器互相配置交替使用，也可有效降低NOx 的生成。在燃烧器多层不值得电厂锅炉，通过调整各层燃烧器的燃料和空气分配，既可降低NOx 的浓度。实现浓淡偏差燃烧技术有两种方法，一是在总风量不变的条件下，调整上下燃烧器喷口的燃料和空气的比例，将气流中0.3-0.5g （煤粉）/kg(空气) 的常规浓度提升至0.6-1.0kg （煤粉）/kg(空气) ，例如W 形火焰炉使用的旋风分离浓缩；另一种方法是使用浓淡燃烧型低氮燃烧器，下面简单介绍一下。
各种低NOx 燃烧器依据一种原理或者几种原理的组合，仅仅采用空气分级燃烧的技术多为第二代低NOx 燃烧器，采用燃料分级技术的燃烧技术多为第三代低NOx 燃烧器。为了减少未完全燃烧造成的热损失，空气分级的特征是助燃空气分级进入燃烧装置，降低初始燃烧去的氧浓度，以降低火焰的峰值温度。空气分级燃烧一般有两类：一是整个燃烧室内的分级燃烧，另一类是单个燃烧器的分级燃烧。燃料分级燃烧中能形成二次火焰区，在这里还原部分已生成的NOx 。延期再循环技术将烟气直接送到燃烧器，产生还原性气氛。目前有多种类型的低NOx 燃烧器广泛应用于电站锅炉和大型工业锅炉。
1）、炉膛内整体空气分级的低NOx 直流燃烧器
这种燃烧器与传统燃烧器的区别在于设置了一层或两层燃尽风喷口，一部分助燃空气（5%-30%)通过这些喷口进入炉膛。前面讲的分段燃烧技术是这种燃烧器的最早形式。这种燃烧器的主燃区处于空气过剩系数较低的工况，使得燃烧生成CO ；而且燃料中的挥发分氮分解生成大量的HN 、HCN 、NH 3以及NH 2等，它们或相互复合生成N 2或与生成的NOx 发生还原反应，因而抑制了NOx 的生成。在顶部引入的燃尽风用于保证燃料完全燃烧。
这类燃烧器要求：
a 、合理的确定燃尽风（OFA ）喷口与最上层煤粉喷口的距离，距离越大，分级效果越好，NO 生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。
b 、燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起一次燃烧区因严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的燃尽风量约为20%左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。
c 、燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。
燃尽风一般有三种布置形式：强耦合式燃尽风、分离式燃尽风以及两者一起采用的形式。使用两层OFA 时，为保证飞灰可燃物不至于升高过多，需将煤粉磨得更细一些，目前我国对此使用较少。OFA 能减少NOx 排放20%-60%。控制效果与燃煤性质、锅炉设计、燃烧器设计和初始NOx 浓度有关。当煤中挥发分较高时，效果较好。一些新型的OFA 方法能获得更好的去除效果。
2）空气分级的低NOx 旋流燃烧器
在这种燃烧器的出口，助燃空气便逐渐混入煤粉-空气射流。准确的控制燃烧器区域燃料与助燃空气的混合过程成为这种助燃器的技术关键，这种技术能控制燃料型NOx 和热力型NOx 的生成，同时又能具有较高的燃烧效率。通过良好的结构设计，合理地控制燃烧器喉部空气和燃料的动量以及射流的流动方向，可以满足以上两项要求。该燃烧器的设计是在紧靠燃烧器前沿陈生了一个主燃烧区, 常称为一次火焰区。一次火焰区内燃料相对比较富裕，经常形成实际空气量低于理论空气量的状况。在一次火焰区的外围供入过剩的空气，形成二次火焰区，将燃料燃尽。挥发分和含氮组分的大部分在一次火焰区析出，但因处于缺氧、高CO 和高CH 浓度区，限制了喊单组分向NOx 的转化。研究表明，低NOx 燃烧器与燃尽风的结合，可使NOx 减少幅度高达50%。
3）浓淡偏差型低NOx 燃烧器
浓淡偏差型NOx 燃烧器的基本原理是在燃烧器中增加了气固分离装置，使进入燃烧器风管中的煤粉-空气混合物分离，在摄入炉膛之后，使向火侧煤粉浓度高，背火侧的煤粉浓度低，富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx 的生成；贫粉流因空气量多，燃料型NOx 生成增多，但因温度低，热力型NOx 减少，所以总的NOx 排放会降低，并且加快和强化煤粉的着火和燃烧。该燃烧器喷嘴体内设导向管，利用离心分离作用，使得弯头处风粉分离，通过隔板保持风粉分离状态，实现了浓淡偏差燃烧，可以使NOx 降低，浓煤粉流由于热容小加上高温烟气回流，将先着火。然后对淡煤粉流进行辐射加热使之着火，这样着火比较稳定，在出口形成一个回流区，可燃物损失减少，因此这种燃烧器具有高效低NOx 的综合性能。
4）空气/燃料分级低NOx 燃烧器
这种燃烧器的主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛。燃料分级送入，可在一次火焰区的下游形成一个富集NH 3、CH 、HCN 的低氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的NOx 会被部分的还原为N 2。分级送入的燃料常称为辅助
燃料或者还原燃料。该燃烧器原理与空气分级低NOx 燃烧器一样，形成一次火焰区，接近理论空气量燃烧，可以保证火焰稳定性；分级燃料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰（超低氧条件），在此区域内，已经生成的NOx 被NH 3、HCN 和CO 等还原为N 2；分级风在第三阶段送入，完成燃尽阶段。这种燃烧器的性能取决于以下条件：
a 、一次火焰的扩散度
b 、二次火焰区的空气/燃料比例（还原燃料量）
c 、燃烧产物在二次火焰区的停留时间
d 、还原燃料的还原活性
增加还原燃料量有利于NOx 的还原，但还原燃料过多会使一次火焰不能维持其主导作用并产生不稳状况，最佳还原燃料比例在20%-30%之间。还原燃料的反应活性会影响燃尽时间和燃烧产物在还原区的停留时间。用氮含量低、挥发分高的燃料作为还原燃料较佳。
与此类似，利用直流燃烧器可以在炉膛内同时实现空气和燃料分级，在炉膛内形成三个区域，即一次区、还原区和燃尽区，常称为三级燃烧技术。
另外，采用循环流化床锅炉也是控制氮氧化物排放的先进技术。
二、循环流化床燃烧技术
循环流化床燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。当气流速
度达到使升力与煤粒的重力相当的临界速度时，煤粒将开始浮动流化。维持料层内煤粒间的气流实际速度大于临界值而小于输送速度，是建立流化状态的必要条件。流化床为固体燃料的燃烧创造了良好的条件。首先，流化床内物料颗粒在气流中进行强烈的湍动和混合强化了气固两相的热量和质量交换；其次，燃料颗粒在料层内上下翻滚，延长了它在炉内的停留时间；同时，由于流化床内的料层主要由炙热的灰渣粒子组成，料层内有很大的储热量，一旦新煤加入，立即被高温灼热的灰渣颗粒包围加热、干燥乃至着火燃烧。燃烧过程中，处于沸腾状的煤粒和灰渣粒子相互碰撞，使煤粒不断更新表面，再加上能与空气充分混合并在床内停留较长时间，促进了它的燃尽过程。流化床燃烧的这些特点，使得它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。
流化燃烧的床层温度一般控制在850-900℃之间。床层温度过低时，煤中析出的某些挥发分和燃烧中产生的CO 来不及燃尽就从床层逸出，从而降低燃烧效率。由于料层中绝大部分是灰粒，为防止运行中结渣，床层温度一般不宜超过1000℃。循环流化床的流化速度介于鼓泡流化床和气力输送之间，物料循环比约为20:1，甚至更高。循环流化床中无明显的气泡存在，断面孔隙率大，沿垂直轴向存在颗粒的浓度梯度但不存在确定的床层界面。它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。
循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。 循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。
循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：a 、低温的动力控制燃烧。循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程, 反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区) 内。由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达95～99％以上。 b、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程。循环流化床锅炉内的固体物料（包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等）经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内
循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。 c、高强度的热量、质量和动量传递过程。在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。
循环流化床锅炉的优点：a 、燃料适应性广。这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。 b、燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95～99％范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好；燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。c 、高效脱硫。由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％ ，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。 d、氮氧化物（NOX ）排放低。氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX 排放范围为50～150ppm 或40～120mg/MJ。循环流化床锅炉NO X 排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NO X ；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NO X ，并使部分已生成的NO X 得到还原。e 、燃烧强度高，炉膛截面积小。炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2～3倍。f 、负荷调节范围大，负荷调节快 当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不 必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。也不象煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3～4）：1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4％。
三、煤的先进燃烧技术在国内外的发展现状
1、低NO x 燃烧技术
为了控制燃烧装置排放的氮氧化物对生态环境的危害，国外从50年代起就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究。到70年代末和80年代 , 低NOx 燃烧技术的研究和开发达到高潮 , 开发出了低NOx 燃烧器等实用技术。进入90年代，有关电站锅炉供货商又对其开发的低NOx 燃烧器做了大量的改进和优化工作 , 使其日臻完善。空气分级燃烧技术是目前国内外采用的较多的一种低氮燃烧技术，又称分段送风，基本原理是将燃烧过程分两阶段完成。1989 年，德国 Babcock 公司设计的一台新型低NOx 煤粉锅炉投入商业运行 , 这台安装
在STEAG 煤电联营公司He rne热电厂的4号机组锅炉是德国综合采
用抑制NOx 生成(两次空气分级) 、炉内还原已生成的NOx(燃料分级) 和烟气脱硝装置 ( SCR ) 的首台机组。早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉NOx 排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分NOx 排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低。另一方面则是出于技术经济上的考虑。进入90年代，我国严重缺电局面开始缓和，大气污染日益严重。1994年全国85个大中城市中NOx 超标的城市就有30个，占35%。1998年对全国322个省控城市量监测结果分析NOx 年日平均值范围在0.006一0.152mg/m³。全国平均为0.037mg/m³，治理大气污染成为十分迫切的任务。随着环保要求的不断提高，研究适应我国国情的低成本的再燃低NOx 燃烧技术具有良好的前景。
2、循环流化床燃烧技术
德国鲁奇公司首先取得了循环流化床燃烧技术的专利, 并研究开发出当时世界上最大的270 t/h循环流化床锅炉, 由此引发出了循环流化床燃烧技术的开发热潮, 至今已经形成几个技术流派：以鲁奇公司为代表(包括Stain 公司和ABB 公司) 的绝热旋风筒带有外置换热床的流化床锅炉技术，以美国FW 公司为代表的带有 Intrex 的汽冷旋风分离循环流化床锅炉技术; 以原芬兰Alhstrom 公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床锅炉技术等。上世纪90年代中期, 又迅速崛起了由前Alhstrom 公司开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉技术。技术流派的演变是一个技术发展的过程。上世纪80年代, 由笨重易损的热旋风筒, 进步到上世纪90年代初的精巧耐用的汽冷旋风筒, 进而到上世纪90年代中开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉又克服了汽冷旋风筒的生产成本问题, 并为循环流化床锅炉最终回归到传统锅炉的简洁布置开创了道路; 目前由F.W. 公司生产, 安装于波兰的260MW 循环流化床锅炉即采用方形分离器技术。我国曾多次引进国外循环流化床锅炉技术, 并数次购买国外循环流化床锅炉产品, 推动了中国循环流化床锅炉技术的发展。国内三家大型锅炉厂先后引进了美国F.W. 公司50～100 MW 汽冷旋风筒循环流化床锅炉技术、德国EVT150 MW 以下容量再热循环流化床锅炉技术和前ABB-CE 的再热循环流化床锅炉技术。目前国家发改委组织引进了阿尔斯通300 MW循环流化床锅炉技术。国内的循环流化床技术发展, 在消化引进国外循环流化床技术和研制开发自主知识产权的大型循环流化床锅炉制造技术并重的基础上, 一方面消化完善引进国外循环流化床技术, 使之完全适应我国的国情; 另一方面在消化的基础上找到突破口, 结合自己开发工作的成果和经验予以创新, 形成自己的专利技术, 将大大推动中国的循环流化床技术发展。
目前随着工业化进程的推进，环境问题越来越严峻。保护环境是人类有意识地保护自然资源并使其得到合理的利用，防止自然环境受到污染和破坏；对受到污染和破坏的环境必须做好综合的治理，以创造出适合于人类生活、工作的环境。让人民的生活更美好。有利于解决现实的或潜在的环境问题，协调人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展。经过学习本门课程，我感觉收获很多很多。虽然是化学工艺而非环境保护专业，但是经过课程的学习、资料的查询以及作业的完成，我发现不管任何专业，只要你想做环保方面的事情，需要好好学习专业知
识，然后进行发散性思维，为我国乃至世界的环境做出自己的贡献。经过学习，我明白了工艺的创新是在最简单的原理基础之上，万变不离其宗，需要改变的是个人的阅历以及专业知识的武装。本门课程改变了我对专业的一些看法，之前一直以为学一门只能在本专业有所成就，现在看来之前的想法有多幼稚。感谢本门课程让我明白了很多很多，也感谢老师的耐心指导。
煤的先进燃烧技术
化艺1101 苗蓓
目前，在我国的能源消费结构中，煤炭是第一能源，以煤、石油、和天然气为主的化石燃料的使用也随之带来一系列的环境问题。煤是最重要的固体燃料，它是一种不均匀的有机燃料，主要由植物的部分分解和变质形成的，所以其形成要经历一段很长的时期，常常是处于高压覆盖层以及较高的温度条件。而在燃烧过程中，煤的发热量低，灰分含量高，含硫量虽然比重油低，但为获得同样热量所耗煤量要大的多，所以产生的硫氧化物反而可能更多。煤的含氮量约比重油高5倍，因而氮氧化物生成量也高于重油，此外煤的燃烧还会带来汞、砷等微量重金属类污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。因此，采用先进的燃烧技术可以使煤充分燃烧，产生的污染会随之减少。
控制NO x 排放的技术措施可以分为两类，一是所谓的源头控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中NO x 的生成反应，另一类是所谓的尾部控制，其特征是把已经生成的NO x 通过某种手段还原为N 2，从而降低NO x 的排放量。低NO x 燃烧技术措施一直是应用最广泛的措施，即便为满足排放标准的要求不得不使用尾气净化装置，仍需采用它来降低净化装置入口的NO x 浓度，已达到节省费用的目的。从20世纪50年代起，人们就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究，到70年代末和80年代，低NO x 燃烧技术的研究和开发达到高潮，开发出低NO x 燃烧器等。90年代后，已开发的低NO x 燃烧器经过大量改进和优化，日臻完善。
一、低NO x 燃烧技术
目前工业采用的低NO x 燃烧技术主要包括低氧技术、烟气循环燃烧、分段燃烧和浓淡燃烧技术等。
1、低氧燃烧技术
NO x 排放量随着炉内空气量的增加而增加，为了降低其含量，锅炉应在炉内空气量较低的工况下运行，一般来说，可以降低15%-20%。锅炉采用低空气过剩系数运行技术，不仅可以降低NO x ，还减少了锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率。需要说明的是，由于采用低空气过剩系数会导致一氧化碳、碳氢化合物以及炭黑等污染物相应增多，飞灰中可燃物质也可能增加，从而使燃烧效率下降，故电站锅炉实际运行时的空气过剩系数不能做大幅度调整。因此，在低空气过剩系数燃烧时，必须同时满足过路盒燃烧效率较高、而一氧化氮等有害物质最少的要求。
我国燃用烟煤的电站锅炉多数设计在空气过剩系数为1.17-1.20（氧含量为
3.5%-4.0%）下运行，此时一氧化碳含量为（30-40）*10^-6；若氧含量降到3.0%以下，则一氧化碳含量将急剧增加，不仅导致化学不完全燃烧损失增大，而且会引起炉内的结渣和腐蚀。因此，以炉内含氧量3%以上或一氧化碳含量等于2*10„^-4作为最小空气过剩系数的选择依据。
2、降低助燃空气预热温度
在工业实际操作中，经常利用尾气的废热预热进入燃烧器的空气。虽然这样有助于节约能源和提高火焰温度，但也导致氮氧化物排放量增加。实验数据表明，当燃烧空气由27℃预热至315℃，NO 排放量将会增加三倍。降低助燃空气预热温度可降低火眼去的温度峰值，从而减少热力型NO x 生成量。实践表明，这一措施不宜用于燃煤、燃油锅炉；对于燃气锅炉，则有明显降低NO x 排放的效果。
3、烟气循环燃烧
烟气循环燃烧法将燃烧产生的部分烟气冷却后，再循环送回燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，以达到减少NO 生成量的目的。烟气循环燃烧法主要减少热力型NO x 的生成量，适合热力型NO x 排放所占份额较大的液态排渣炉、燃油和燃气锅炉，对燃料型NO x 和瞬时NO x 的减少作用甚微。对固态排渣锅炉而言，大约80%的NO 由燃料氢生成的，这种方法的作用就非常有限。
在使用中，烟气循环率在25%-40%的范围内最为适宜。通常的做法是从省煤器出口抽出烟气，加入二次风或者一次风中。加入二次风时，火焰中心不受影响，其唯一作用是降低火焰温度。对不分级的燃烧器，在一次风中加入循环烟气效果较好，但由于燃烧器附近的燃烧工矿会有所变化，要对燃烧过程进行调整。
4、分段燃烧技术
这种技术最早由美国在20世纪50年代发展起来。实验表明，较低的空气过剩系数有利于控制NO x 的形成，分段燃烧法控制氮氧化物就是利用这种原理。在分段燃烧装置中，燃料在接近理论空气量的条件下燃烧；通常空气总需要量—（一般为理论空气量的1.1-1.3倍）的85%-95%与燃料一起供到燃烧器，因为富燃料条件下的不完全燃烧，使得第一段燃烧的烟气温度较低，由于此时氧量不足，NO x 生成量很少。在燃烧装置的尾端，通过第二次空气，时的第一阶段剩余的不完全燃烧产物CO 和CH 完全燃尽。这时虽然氧过量，但由于烟气温度仍然较低，动力学上限制了NO x 的形成。应当指出，在较低空气过剩系数下，不利的燃料-空气分布可能出现，这将导致CO 和粉尘排放量增加，使得燃烧效率降低。根据 分段燃烧原理所研制的各类燃气体、重油、粉煤燃料的烧嘴，以及分段燃烧技术在流化床上的应用，对降低废气排放中NOx 的含量，起到了很好作用。日本在这一领域的研究成果尤为显著。我国应大力开展这方面的科研与技术开发工作，以改善目前炉窑废气污染状况。DNOr —I 型烧嘴的研制正是为了这一目的。试验表明，此烧嘴不仅具有较好的热工性能，而且对NOx 生成也具有较好的抑制功能。
5、再燃技术
再燃技术，即在炉膛的特定区域内注入再燃燃料（占燃料总量的10%-30%），再燃燃料需要使用微细的煤粉，在每个区域都需要保证充分的停留时间，才能达到完全燃烧。煤粉再燃技术又称为燃料分级或炉内还原技术，它是降低NO 排放的诸多炉内方法中最有效的措施之一。再燃技术是先将80%～85% 的燃料送人主燃区， 在空气过量系数大于1的条件下燃烧，其余15% ～2O% 的燃料作为还原剂在主燃烧器的上部某一合适位置喷人形成再燃区，再燃区空气过量系数小于1（再燃区不仅使已生成的N0x 得到还原， 同时还抑制了新的No 的生成，进一步降低NOx ） 。再燃区上方布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃尽。再燃区的化学计量数对氮氧化物的减少程度有着显著的影响。改变化学计量数受到以下因素的限制：1、各区域对火焰稳定性的要求；2、加入再燃燃料引起的CO 和未燃炭增加；3、再燃区水管发生腐蚀的潜在风险。
使用再燃技术会给系统带来很大的灵活性，让电厂有能力控制N0x 的排放浓度。如果仅使用再燃风可以去除25%的N0x ，再加入再燃燃料可以控制60%的排放。管理者能够根据不同的排放限制进行调整。
从原理上来说，任何碳氢燃料都可作为再燃燃料使用。但天然气在再燃中使用的最为广泛，煤炭也可作为再燃燃料。与天然气相比，使用煤炭的优势是价格较低而且减少了在燃煤电厂使用第二种燃料带来的系统复杂性。但使用煤炭作为
再燃燃料通常需要在再燃区和燃尽区有相对较长的停留时间。在一些使用案例中，需要升级磨煤系统或者使用更细的煤，这些措施都提高了成本。
6、浓淡燃烧技术
通过将整个燃烧过程人为区分为燃气和空气配比不同的若干阶段，使燃气的燃烧分别在燃气过浓、燃气过淡和燃尽三个区域分阶段完成，从而达到在燃烧过程中一直NOx 生成的目的。NOx 的生成与空燃比有关。当空燃比接近1时，NOx 的生成量最大。空燃比小于1时，由于氧浓度较低，燃烧过程缓慢，可抑制NOx 的生成。当空燃比大于1.5时，由于燃烧温度较低，也能抑制NOx 的生成。因此该类方法又称为非化学当量燃烧或者偏差燃烧。
通常燃料稀薄燃烧的燃烧器和燃料过浓燃烧的燃烧器互相配置交替使用，也可有效降低NOx 的生成。在燃烧器多层不值得电厂锅炉，通过调整各层燃烧器的燃料和空气分配，既可降低NOx 的浓度。实现浓淡偏差燃烧技术有两种方法，一是在总风量不变的条件下，调整上下燃烧器喷口的燃料和空气的比例，将气流中0.3-0.5g （煤粉）/kg(空气) 的常规浓度提升至0.6-1.0kg （煤粉）/kg(空气) ，例如W 形火焰炉使用的旋风分离浓缩；另一种方法是使用浓淡燃烧型低氮燃烧器，下面简单介绍一下。
各种低NOx 燃烧器依据一种原理或者几种原理的组合，仅仅采用空气分级燃烧的技术多为第二代低NOx 燃烧器，采用燃料分级技术的燃烧技术多为第三代低NOx 燃烧器。为了减少未完全燃烧造成的热损失，空气分级的特征是助燃空气分级进入燃烧装置，降低初始燃烧去的氧浓度，以降低火焰的峰值温度。空气分级燃烧一般有两类：一是整个燃烧室内的分级燃烧，另一类是单个燃烧器的分级燃烧。燃料分级燃烧中能形成二次火焰区，在这里还原部分已生成的NOx 。延期再循环技术将烟气直接送到燃烧器，产生还原性气氛。目前有多种类型的低NOx 燃烧器广泛应用于电站锅炉和大型工业锅炉。
1）、炉膛内整体空气分级的低NOx 直流燃烧器
这种燃烧器与传统燃烧器的区别在于设置了一层或两层燃尽风喷口，一部分助燃空气（5%-30%)通过这些喷口进入炉膛。前面讲的分段燃烧技术是这种燃烧器的最早形式。这种燃烧器的主燃区处于空气过剩系数较低的工况，使得燃烧生成CO ；而且燃料中的挥发分氮分解生成大量的HN 、HCN 、NH 3以及NH 2等，它们或相互复合生成N 2或与生成的NOx 发生还原反应，因而抑制了NOx 的生成。在顶部引入的燃尽风用于保证燃料完全燃烧。
这类燃烧器要求：
a 、合理的确定燃尽风（OFA ）喷口与最上层煤粉喷口的距离，距离越大，分级效果越好，NO 生成量的下降幅度大，但飞灰等可燃物浓度会增加。最佳距离的确定取决于炉膛结构和燃料种类。
b 、燃尽风量要适当。风量大，分级效果好，但燃尽风量过大会引起一次燃烧区因严重缺氧而出现结渣和高温腐蚀。对于燃煤炉合理的燃尽风量约为20%左右，对燃油和燃气炉可以再高一些。
c 、燃尽风应有足够高的流速，以便能与烟气充分混合。
燃尽风一般有三种布置形式：强耦合式燃尽风、分离式燃尽风以及两者一起采用的形式。使用两层OFA 时，为保证飞灰可燃物不至于升高过多，需将煤粉磨得更细一些，目前我国对此使用较少。OFA 能减少NOx 排放20%-60%。控制效果与燃煤性质、锅炉设计、燃烧器设计和初始NOx 浓度有关。当煤中挥发分较高时，效果较好。一些新型的OFA 方法能获得更好的去除效果。
2）空气分级的低NOx 旋流燃烧器
在这种燃烧器的出口，助燃空气便逐渐混入煤粉-空气射流。准确的控制燃烧器区域燃料与助燃空气的混合过程成为这种助燃器的技术关键，这种技术能控制燃料型NOx 和热力型NOx 的生成，同时又能具有较高的燃烧效率。通过良好的结构设计，合理地控制燃烧器喉部空气和燃料的动量以及射流的流动方向，可以满足以上两项要求。该燃烧器的设计是在紧靠燃烧器前沿陈生了一个主燃烧区, 常称为一次火焰区。一次火焰区内燃料相对比较富裕，经常形成实际空气量低于理论空气量的状况。在一次火焰区的外围供入过剩的空气，形成二次火焰区，将燃料燃尽。挥发分和含氮组分的大部分在一次火焰区析出，但因处于缺氧、高CO 和高CH 浓度区，限制了喊单组分向NOx 的转化。研究表明，低NOx 燃烧器与燃尽风的结合，可使NOx 减少幅度高达50%。
3）浓淡偏差型低NOx 燃烧器
浓淡偏差型NOx 燃烧器的基本原理是在燃烧器中增加了气固分离装置，使进入燃烧器风管中的煤粉-空气混合物分离，在摄入炉膛之后，使向火侧煤粉浓度高，背火侧的煤粉浓度低，富粉流的空气量少，抑制燃料型NOx 的生成；贫粉流因空气量多，燃料型NOx 生成增多，但因温度低，热力型NOx 减少，所以总的NOx 排放会降低，并且加快和强化煤粉的着火和燃烧。该燃烧器喷嘴体内设导向管，利用离心分离作用，使得弯头处风粉分离，通过隔板保持风粉分离状态，实现了浓淡偏差燃烧，可以使NOx 降低，浓煤粉流由于热容小加上高温烟气回流，将先着火。然后对淡煤粉流进行辐射加热使之着火，这样着火比较稳定，在出口形成一个回流区，可燃物损失减少，因此这种燃烧器具有高效低NOx 的综合性能。
4）空气/燃料分级低NOx 燃烧器
这种燃烧器的主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛。燃料分级送入，可在一次火焰区的下游形成一个富集NH 3、CH 、HCN 的低氧还原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的NOx 会被部分的还原为N 2。分级送入的燃料常称为辅助
燃料或者还原燃料。该燃烧器原理与空气分级低NOx 燃烧器一样，形成一次火焰区，接近理论空气量燃烧，可以保证火焰稳定性；分级燃料在一次火焰下游一定距离混入，形成二次火焰（超低氧条件），在此区域内，已经生成的NOx 被NH 3、HCN 和CO 等还原为N 2；分级风在第三阶段送入，完成燃尽阶段。这种燃烧器的性能取决于以下条件：
a 、一次火焰的扩散度
b 、二次火焰区的空气/燃料比例（还原燃料量）
c 、燃烧产物在二次火焰区的停留时间
d 、还原燃料的还原活性
增加还原燃料量有利于NOx 的还原，但还原燃料过多会使一次火焰不能维持其主导作用并产生不稳状况，最佳还原燃料比例在20%-30%之间。还原燃料的反应活性会影响燃尽时间和燃烧产物在还原区的停留时间。用氮含量低、挥发分高的燃料作为还原燃料较佳。
与此类似，利用直流燃烧器可以在炉膛内同时实现空气和燃料分级，在炉膛内形成三个区域，即一次区、还原区和燃尽区，常称为三级燃烧技术。
另外，采用循环流化床锅炉也是控制氮氧化物排放的先进技术。
二、循环流化床燃烧技术
循环流化床燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。当气流速
度达到使升力与煤粒的重力相当的临界速度时，煤粒将开始浮动流化。维持料层内煤粒间的气流实际速度大于临界值而小于输送速度，是建立流化状态的必要条件。流化床为固体燃料的燃烧创造了良好的条件。首先，流化床内物料颗粒在气流中进行强烈的湍动和混合强化了气固两相的热量和质量交换；其次，燃料颗粒在料层内上下翻滚，延长了它在炉内的停留时间；同时，由于流化床内的料层主要由炙热的灰渣粒子组成，料层内有很大的储热量，一旦新煤加入，立即被高温灼热的灰渣颗粒包围加热、干燥乃至着火燃烧。燃烧过程中，处于沸腾状的煤粒和灰渣粒子相互碰撞，使煤粒不断更新表面，再加上能与空气充分混合并在床内停留较长时间，促进了它的燃尽过程。流化床燃烧的这些特点，使得它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。
流化燃烧的床层温度一般控制在850-900℃之间。床层温度过低时，煤中析出的某些挥发分和燃烧中产生的CO 来不及燃尽就从床层逸出，从而降低燃烧效率。由于料层中绝大部分是灰粒，为防止运行中结渣，床层温度一般不宜超过1000℃。循环流化床的流化速度介于鼓泡流化床和气力输送之间，物料循环比约为20:1，甚至更高。循环流化床中无明显的气泡存在，断面孔隙率大，沿垂直轴向存在颗粒的浓度梯度但不存在确定的床层界面。它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。
循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。 循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。
循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：a 、低温的动力控制燃烧。循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程, 反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区) 内。由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达95～99％以上。 b、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程。循环流化床锅炉内的固体物料（包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等）经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内
循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。 c、高强度的热量、质量和动量传递过程。在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。
循环流化床锅炉的优点：a 、燃料适应性广。这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。 b、燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95～99％范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好；燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。c 、高效脱硫。由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％ ，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。 d、氮氧化物（NOX ）排放低。氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX 排放范围为50～150ppm 或40～120mg/MJ。循环流化床锅炉NO X 排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NO X ；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NO X ，并使部分已生成的NO X 得到还原。e 、燃烧强度高，炉膛截面积小。炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2～3倍。f 、负荷调节范围大，负荷调节快 当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不 必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。也不象煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3～4）：1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4％。
三、煤的先进燃烧技术在国内外的发展现状
1、低NO x 燃烧技术
为了控制燃烧装置排放的氮氧化物对生态环境的危害，国外从50年代起就开始了燃烧过程中氮氧化物生成机理和控制方法的研究。到70年代末和80年代 , 低NOx 燃烧技术的研究和开发达到高潮 , 开发出了低NOx 燃烧器等实用技术。进入90年代，有关电站锅炉供货商又对其开发的低NOx 燃烧器做了大量的改进和优化工作 , 使其日臻完善。空气分级燃烧技术是目前国内外采用的较多的一种低氮燃烧技术，又称分段送风，基本原理是将燃烧过程分两阶段完成。1989 年，德国 Babcock 公司设计的一台新型低NOx 煤粉锅炉投入商业运行 , 这台安装
在STEAG 煤电联营公司He rne热电厂的4号机组锅炉是德国综合采
用抑制NOx 生成(两次空气分级) 、炉内还原已生成的NOx(燃料分级) 和烟气脱硝装置 ( SCR ) 的首台机组。早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉NOx 排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分NOx 排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低。另一方面则是出于技术经济上的考虑。进入90年代，我国严重缺电局面开始缓和，大气污染日益严重。1994年全国85个大中城市中NOx 超标的城市就有30个，占35%。1998年对全国322个省控城市量监测结果分析NOx 年日平均值范围在0.006一0.152mg/m³。全国平均为0.037mg/m³，治理大气污染成为十分迫切的任务。随着环保要求的不断提高，研究适应我国国情的低成本的再燃低NOx 燃烧技术具有良好的前景。
2、循环流化床燃烧技术
德国鲁奇公司首先取得了循环流化床燃烧技术的专利, 并研究开发出当时世界上最大的270 t/h循环流化床锅炉, 由此引发出了循环流化床燃烧技术的开发热潮, 至今已经形成几个技术流派：以鲁奇公司为代表(包括Stain 公司和ABB 公司) 的绝热旋风筒带有外置换热床的流化床锅炉技术，以美国FW 公司为代表的带有 Intrex 的汽冷旋风分离循环流化床锅炉技术; 以原芬兰Alhstrom 公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床锅炉技术等。上世纪90年代中期, 又迅速崛起了由前Alhstrom 公司开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉技术。技术流派的演变是一个技术发展的过程。上世纪80年代, 由笨重易损的热旋风筒, 进步到上世纪90年代初的精巧耐用的汽冷旋风筒, 进而到上世纪90年代中开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉又克服了汽冷旋风筒的生产成本问题, 并为循环流化床锅炉最终回归到传统锅炉的简洁布置开创了道路; 目前由F.W. 公司生产, 安装于波兰的260MW 循环流化床锅炉即采用方形分离器技术。我国曾多次引进国外循环流化床锅炉技术, 并数次购买国外循环流化床锅炉产品, 推动了中国循环流化床锅炉技术的发展。国内三家大型锅炉厂先后引进了美国F.W. 公司50～100 MW 汽冷旋风筒循环流化床锅炉技术、德国EVT150 MW 以下容量再热循环流化床锅炉技术和前ABB-CE 的再热循环流化床锅炉技术。目前国家发改委组织引进了阿尔斯通300 MW循环流化床锅炉技术。国内的循环流化床技术发展, 在消化引进国外循环流化床技术和研制开发自主知识产权的大型循环流化床锅炉制造技术并重的基础上, 一方面消化完善引进国外循环流化床技术, 使之完全适应我国的国情; 另一方面在消化的基础上找到突破口, 结合自己开发工作的成果和经验予以创新, 形成自己的专利技术, 将大大推动中国的循环流化床技术发展。
目前随着工业化进程的推进，环境问题越来越严峻。保护环境是人类有意识地保护自然资源并使其得到合理的利用，防止自然环境受到污染和破坏；对受到污染和破坏的环境必须做好综合的治理，以创造出适合于人类生活、工作的环境。让人民的生活更美好。有利于解决现实的或潜在的环境问题，协调人类与环境的关系，保障经济社会的持续发展。经过学习本门课程，我感觉收获很多很多。虽然是化学工艺而非环境保护专业，但是经过课程的学习、资料的查询以及作业的完成，我发现不管任何专业，只要你想做环保方面的事情，需要好好学习专业知
识，然后进行发散性思维，为我国乃至世界的环境做出自己的贡献。经过学习，我明白了工艺的创新是在最简单的原理基础之上，万变不离其宗，需要改变的是个人的阅历以及专业知识的武装。本门课程改变了我对专业的一些看法，之前一直以为学一门只能在本专业有所成就，现在看来之前的想法有多幼稚。感谢本门课程让我明白了很多很多，也感谢老师的耐心指导。