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同学们好！低氮燃烧技术是应用最广泛的氮氧化物控制措施
即使为满足排放标准的要求不得不使用尾气净化装置
我们仍然采用它来降低净化装置入口的NOx浓度
以达到节省费用的目的
今天我们就一起来学习低氮燃烧技术
从上世纪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
在研究中我们发现
影响燃烧过程中NOX生成的主要因素有三个
第一个影响因素是燃烧区的温度及其分布
这张图给出了温度对燃煤NOX排放的影响
我们可以看到，温度超过1200℃，热力型NOx大量生成
所以，我们可以通过控制燃烧区的温度
在使煤炭完全燃烧的同时，减少热力型NOx的生成
第二个影响因素是空气-燃料比
往往用空气过剩系数表示
这张图给出了空气过剩系数对氮氧化物排放浓度的影响
我们可以看到，在略高于理论空气量的一侧
NOx的排放浓度最高
当空气过剩系数小于1时，氮氧化物排放浓度降低
这是因为氧气不足，没有那么多氧气跟氮气反应
当空气过剩系数大于1.2时，氮氧化物浓度也降低
这是因为空气比较多，降低了燃烧温度
减少了热力型氮氧化物的生成
第三个影响因素是烟气在高温区的停留时间
从这个图里可以看出
燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间越长
则产生的氮氧化物越多
各种低氮燃烧技术就是在
综合考虑了以上因素的基础上发展起来的
早期的低氮燃烧技术不要求对燃烧系统做大的改动
只是对燃烧装置的运行方式做部分的调整或改进
目前工业上采用的低氮燃烧技术包括低氧燃烧
烟气再循环燃烧、分段燃烧、浓淡燃烧技术等
我们先介绍低氧燃烧技术
这种技术通过控制空气过剩系数来减少氮氧化物排放
为了降低NOx的排放量
我们让锅炉在炉内空气量较低的情况下运行
这里给出了氮氧化物生成量与烟气中含氧量关系的试验结果
可以看出，出口氧含量越低，NOx排放也越少
但低空气过剩系数运行抑制NOx生成量的幅度和燃料种类
燃烧方式以及排渣方式有关
液态排渣炉的效果高于固态排渣炉
需要说明的是，采用低空气过剩系数会导致一氧化碳
碳氢化合物以及碳黑等污染物相应增加
飞灰中可燃物质也可能增加，使燃烧效率下降
所以电站锅炉实际运行时的空气过剩系数不能做大幅度调整
一般以炉内氧浓度3%以上作为最小过剩空气系数的选择依据
在工业操作中，为节约能源和提高火焰温度
我们经常利用尾气的废热预热进入燃烧器的空气
但这种做法也会导致NOx排放量的增加
实验数据表明，燃烧空气由27℃预热至315℃
氮氧化物的排放量将会增加3倍
因此，降低助燃空气预热温度可以降低火焰区的温度峰值
从而减少热力型的NOx生成量
实践表明，这种措施仅适用于燃气锅炉
不适用于燃煤和燃油锅炉
烟气再循环也是应用比较多的低氮燃烧技术之一
其作用原理是，将燃烧产生的部分烟气
引入空气烟气混合器，和空气混合后送回燃烧区
起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用
进而减少NOx的生成
从实验结果来看，烟气再循环主要减少热力型NOx的生成
适合热力型NOx排放为主导的液态排渣炉
燃油和燃气锅炉
不适用于燃料型氮氧化物为主的固态排渣炉
增大烟气再循环率，氮氧化物的降低比例也增大
但会影响火焰的稳定性
因此烟气再循环率一般取20%～30%
第四类是分段燃烧技术
我们前面的讨论表明
较低的空气过剩系数有利于控制NOx的形成
分段燃烧技术就是利用了这种原理
在分段燃烧装置中
把供给燃烧器的一段空气减少到理论空气量以下
使燃料在富燃条件下不完全燃烧
因此第一段燃烧的烟气温度较低
氧气量不足，NOx的生成量很小
在燃烧装置的尾端，送入第二次空气，也就是燃尽风
使一段燃烧的不完全燃烧产物CO和CH完全燃尽
这时虽然氧过剩，但由于烟气温度低
动力学上限值了氮氧化物的形成
这种方法的关键参数是一段空气量和燃尽风的风量
从实验结果来看，在空气过剩量为15%的情况下
当第一段的空气量为理论空气量的95%时
两段燃烧器的NOx排放约为一段燃烧器的50%
当第一段的空气量为理论空气量的105%时
两段燃烧器的排放只比一段燃烧器减少了10%
一般情况下，燃尽风风量为理论空气量的5-30%
需要根据燃烧器结构和燃料的情况确定
第五类是再燃技术。它的原理是
通过低过量的空气，在主燃烧区保持低氧状态
产生较少的NOx
之后在再燃区注入天然气、超细煤粉等再燃燃料
富燃情况下形成还原性气氛，将主燃区的NOx还原成N2
最后在燃尽区通入过量空气，使得燃料完全燃烧
实验表明，在一次燃料为煤或油的情况下
以天然气为再燃燃料，NOx排放浓度可以降低到200ppm以下
减排效率可以达到60%
当再燃燃料与一次燃料相同时，减排效果略差
但NOx排放浓度也低于300ppm
随着低氮燃烧技术的发展
众多的锅炉和燃烧器制造商制造了名目繁多的低氮燃烧器
低氮燃烧器，也就是Low NOx burner，简称为LNB
这些低氮燃烧器有的依据一种原理
有的是将几种原理进行组合
其中仅仅采用空气分级燃烧的技术多为第二代低氮燃烧器
空气分级燃烧一般有两类
一类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
这里给出的是一个炉膛整体空气分级的低氮燃烧器示意图
这种燃烧器和传统燃烧器的区别在于
设置了一层或两层燃尽风喷口
5%-30%的助燃空气通过这些喷口进入炉膛
我们刚刚介绍的分段燃烧技术就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
并且燃料中的挥发分氮分解生成大量的还原性组分
抑制NOx的生成
在顶部引入的燃尽风用于保证燃料完全燃烧
燃尽风的布置有三种形式
一种是强耦合式燃尽风，即燃尽风入口离主燃区比较近
称为CCOFA
另一类是分离式燃尽风
燃尽风入口离主燃区比较远，称为SOFA
第三种则是二者一起采用的形式
第三代技术的特征是空气和燃料都分级送入炉膛
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
即一次火焰区、还原区和燃尽区
常称为三级燃烧技术
一次火焰区内接近理论空气量燃烧，以保证火焰稳定性
分级送入的燃料常称为辅助燃料或还原燃料
在一次火焰区下方一定距离混入，形成二次火焰
这个区域是富集NH3、CH的低氧还原区
燃烧产物通过此区时，已生成的NOx会部分被还原为N2
分级风在第三阶段送入，形成燃尽区实现燃料的完全燃烧
这里总结了各类低氮燃烧技术的实际NOx控制效果
一般低氮燃烧器能够减少30%-50%的NOx
先进的低氮燃烧器能减少对燃烧效率的影响
同时能够达到更高的NOx去除效率
通常这些燃烧器比传统低氮燃烧器的去除效率高20%以上
此外很多燃煤电厂将低氮燃烧器和燃尽风一起使用
这类低氮燃烧技术的组合可以使NOx浓度平均降低60%以上
有关低氮燃烧技术就介绍到这里，同学们再见
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-10 循环流化床干法烟气脱硫
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
-8-11 烟气脱硫技术的综合比较
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
-8-12 二氧化硫控制策略（访谈）（选修）
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--参考链接
-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
-9-1 概述
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-9-1 概述--作业
-9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
-9-3 选择性催化还原技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
-9-4 选择性非催化还原技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）
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-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）--作业
-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）
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-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）--作业
-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
-9-8 超低排放技术访谈
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
-10-1 概述
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-10-1 概述--作业
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
-10-4 冷凝法控制VOCs污染
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-10-4 冷凝法控制VOCs污染--作业
-10-5 燃烧法控制VOCs污染
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-第十章--10-5 燃烧法控制VOCs污染
-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
-第十章 挥发性有机物控制技术--第十章作业习题
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-11-1 机动车污染概述--作业
-11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
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-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
-11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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--11-4-2
-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
-11-5 交通规划与交通管理（选修）
--11-5
-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
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-12-1 全球气候变化与温室效应
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
-12-2 气候变化的应对措施
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
--Video
-附加：--Exercise
