[科普中国]-二段燃烧法

简介

二段燃烧法即将所需空气分两次供入炉内的燃烧，二段燃烧炉如右图所示。首先把供给喷燃器的空气量减少到理论空气量以下，使燃烧在燃料过浓的条件下进行，然后通过一专门喷口将另一部分剩余空气继续送入炉内，使之与燃料过浓燃烧所生成的烟气混合并完成整个燃烧过程。由于空气分二次供给燃烧，所以，称作二段燃烧，主燃烧器送入的空气称作一段空气；专设喷口送入的空气称作二段空气。相应称作一段燃烧和二段燃烧。

该方法在本世纪50年代末期首先应用于美国洛杉矶地区火力发电厂，被公认为降低氮氧化物（NOx）排放量的最有效的燃烧方法之一。由于二段燃烧法在燃料燃烧过程中在最易形成NOx的关键时刻，避免使用过剩空气，故可大幅度减少NOx的生成量。一般适用于大容量煤粉锅炉2。

原理从NOx的生成机理分析表明，燃烧时只要能避开NOx生成量最大时的空气过量系数，就可以大幅度减少NOx的生成量。尤其是当过量空气系数低于1.0时，效果更为明显。使燃料过浓燃烧对控制温度型NOx和燃料型NOx都有明显的效果。这就是二段燃烧法的理论基础3。

在二段空气送入前，由于空气不足，一段空气只能供部分燃料燃烧，因而，火焰温度较低；另一方面，在火焰中还有大量没燃烧的燃料和大量的不完全燃烧产物存在。空气中的氮气和原子氧的反应，由于活化能大，要在燃料基本燃烧完之后才能进行，因而，在这种情况下，NOx的生成量一定很少。对燃料型NOx的生成，由于缺氧，中间产物也不能进一步氧化成NO。所以，燃料过浓燃烧同样能有效地控制其生成。在二段空气送入时，由于炉内的冷却作用，烟气温度已经降低，虽然氧气已剩余，但由于温度低，NO的生成反应很慢，也可以有效地控制NO的产生。当温度较高时，用降低温度来使NOx减少是困难的，而是利用了氮和氧的反应活化能比碳与氧反应活化能高的特点，使燃烧在空气不足的条件下进行，从而取得较好的控制效果；在必须供应足够的空气以保证完全燃烧时，选择烟气温度较低的位置送入空气，这时，虽然空气有了剩余，但由于温度已经降低，从而有效地抑制了NO的产生。

一段燃烧区内空气不足，必然会产生大量不完全燃烧产物，还有大量的没有燃烧的燃料，为保证锅炉的燃烧经济性，就要求组织好二段空气与烟气的混合。一段过量空气系数越小，对NOx的控制效果越好，但是，不完全燃烧产物增加。通常，一段过量空气系数，对油炉取0.8，对气体燃料取0.7。