分级燃烧原理

分级燃烧原理

分级燃烧是将燃料、燃烧空气及生料分别引入，以尽量减少NOx形成并尽可能将NOx还原成N2， 分级燃烧涉及四个燃烧阶段：①回转窑阶段，可优化水泥熟料煅烧；②窑进料口，减少烧结过程中NOx产生的条件；③燃料进入分解炉内煅烧生料，形成还原气氛；④引入三次风，完成剩余的煅烧过程。

空气分级燃烧

传统的燃烧器要求燃料和空气快速混合，并在过量空气状态下进行充分燃烧。从NOx形成机理可以知道，反应内的空燃烧比对NOx的形成影响极大，空气过剩量越多，NOx生成量越大。空气分级燃烧降低NOx几乎可用所有的燃烧方式，其基本的思路是希望避开温度过高和大过剩空气系数同时出现，从而降低NOx的形成。

空气分级燃烧技术是将燃烧所需的空气分级送入炉内，使燃料在炉内分级分段燃烧。燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α<1，燃烧区处于“贫氧燃烧”状态时，抑制NOx的生成有明显效果。根据这一原理，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的70%-809~，降低燃烧区的氧浓度，也降低燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成，并将燃烧过程推迟。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃尽风喷口送人炉膛与第一级所产生的烟气亍昆合，完成整个燃烧过程。

水泥新型干法生产线中分解炉内空气分级燃烧包括：空气分级将燃烧所需的空气分两部分送入分解炉。一部分为主三次风，占总三次风量的70%~90%；另一部分为燃尽风（OFA），占总三次风量的10%~30%。炉内的燃烧分为3个区域，即热解区、贫氧区和富氧区。空气分级燃烧是与在烟气流垂直的分解炉截面上组织分级燃烧的。空气分级燃烧存在的问题是二段空气量过大，会使不完全燃烧损失增加；分解炉会因还原性气氛而易结渣、腐蚀；由于燃烧区域的氧含量变化引起燃料的燃烧速度降低，在一定程度上会影响分解炉的总投煤量的最大值，也就是说会影响分解炉的最大产量。

空气分级燃烧是目前普遍使用的低氮氧化物燃烧技术之一。助燃空气分级燃烧技术的基本原来为：将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区内过量空气系数小于1，燃料先在缺氧的条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，因而抑制了燃料型NOx的生成。同时，燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物进行还原反应，一级燃料氮分解成中间产物（如NH、CH、HCN和NHx等）相互作用或与氮氧化物还原分解，抑制燃料氮氧化物的生成。

2CO + 2NO = 2CO2 + N2     (3-1)

NH +NH = H2 + N2      (3-2)

NH + NO = N2 + OH     (3-3)

在二级燃烧区（燃尽区）内，将燃烧用空气的剩余部分以二次空气的形势输入，成为富燃烧区。此时空气量多，一些中间产物被氧化生成氮氧化物：

CN + O2 = CO + NO     (3-4)

但因为温度相对常规燃烧较低，氮氧化物生成量不大，因而总的氮氧化物生成量是降低的。

燃料分级燃烧

燃料分级，也成为“再燃烧”，是把燃料分成两股或多股燃料流，这些燃料流过三个燃烧区发生燃烧反应。第一燃烧区为富燃烧区；第二燃烧区通常为再燃烧区，空气过剩系数小于1，为缺氧燃烧区，在次燃烧区，第一燃烧区产生的NOx将被还原，还原作用受过剩空气系数、还原区温度以及停留时间的影响；第三燃烧区为燃尽区，其空气过剩系数大于1。

燃料分级燃烧技术是讲分解炉分成主燃区、再燃区和燃尽区。主燃区供入全部燃料的70%~90%，采用常规的低过剩空气系数（α≤1.2）燃烧生成NOx；与主燃区相邻的再燃区，只供给10%~30%的燃料，不供入空气，形成很强的还原性气氛（α=0.8~0.9），将主燃区中生成的NOx还原成N2分子；燃尽区只供入燃尽风，在正常的过剩空气（α=1.1）条件下，使未燃烧的CO和飞灰中的碳燃烧完全。

水泥窑燃烧分级燃烧技术是指在窑尾烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用燃料的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂，这些还原剂与窑尾烟气中的NOx发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身染料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。