燃料分级燃烧技术又称为再燃烧技术或三级燃烧技术，其特点是将燃烧分成3个区域：一次燃烧区(即主燃烧区)是氧化性或弱还原性气氛；在第二燃烧区,将二次燃料送入炉内，使其呈还原性气氛(α<1)。在高温和还原气氛下，生成碳氢原子团，该原子团与一次燃烧区生成的NOx反应，主要生成N2。这个区域通常称为还原区或再燃烧区，二次燃料通常称为再燃燃料；在还原区的上方，送入二次风使再燃燃料燃烧完全，该区域称为燃尽区，这部分二次风也称为燃尽风。燃尽过程中虽然会重新生成少量的NO，但总的来看，使用再燃烧技术后，煤粉炉最终NOx排放量会大大降低。

再燃烧技术煤种适应性好，可在各种燃料锅炉上使用，其降低NOx的效果显著，一般为50%～ 70%；最高可达80%。在单独采用燃料分级燃烧技术时可将烟煤锅炉的NOx排放量降低到400 mg/m3以下，贫煤锅炉的NOx排放量降低到650 mg/m3以下,无烟煤锅炉NOx排放量降低到1000 mg/m3以下。如果结合使用空气分级燃烧技术(如主燃烧区采用低NOx燃烧器)，可进一步降低NOx排放量，烟煤锅炉的NOx排放量有可能降低到200 mg/m3以下。

将燃烧所需的空气分成二 (或三)级送入炉内的燃烧技术称为空气分级燃烧。将第一级空气 (α≈0.8) 和全部燃料送入炉内进行燃料过浓燃烧，其余空气作为第二级空气在火焰下游送入，使燃料完全燃烧。在第二级空气送入点之前为一次燃烧区，之后为二次燃烧区。

一次燃烧区内由于氧量不足，使燃烧速度和温度水平下降，热力型NOx减少；燃料中氮分解生成大量中间活产物NHi、HCN，将一部分NO还原，又抑制了燃料型NOx的生成。二次燃烧区内氧量充足，但此处温度较低，不会生成过多的NOx。与不分级相比，空气分级燃烧可使NOx排放量降低200mg/m左右，即减少20%～30%。

空气分级燃烧是国内外燃煤电厂应用最广泛，技术上又比较成熟的低NOx燃烧技术之一，我国300～600MW机组都已采用。

二次燃料的品质

二次燃料的品质对还原过程的质量影响很大，由于二次燃料是从炉子上部引入，一般停留时间比较短，所以宜燃用易着火的燃料。此外，由于二次燃料含有燃料氮，会降低还原效率，故要求其含N量低，以减少NOx排放。虽然天然气、油和煤都可以作为二次燃料，但从提高炉内再燃烧还原NOx的效果来看，天然气最好，因天然气中不含燃料氮。天然气和油的反应能力强，其生成XN(NO、HCN、NH3等)基团的反应时间极短暂，有利于还原过程速率的提高和NO还原反应的进行深度。与天然气比较，油在欠氧燃烧时易析出炭，难于燃尽。煤也可以作为二次燃料，但煤中的焦炭氮会使NO的还原效果降低，因此应尽量使用高挥发分煤种。另外，使用烟气作为二次燃料的输送介质可以保证燃料混合物中氧量较低，减缓二次燃料煤中氮的氧化反应速率，有利于NO分解。同时，还原反应使用超细煤粉，可加快挥发分完全燃烧和产生活性基团的速率，也有利于在该段极其短暂停留时间内维持高燃尽度。二次燃料的选择受制于资源条件、技术经济性比较、产业及环保政策。

二次燃料的量

二次燃料太少，则达不到理想的降低NOx排放的效果；太多一方面对燃料燃尽不利，另一方面也不会进一步降低NOx排放量。因此，再燃燃料的份额一般占锅炉总输入热量的10%～ 20%。

还原区的温度

还原区的温度越高，停留时间越长，则还原反应越充分，NOx降低效果也越显著。因此，主燃烧区燃烧一结束就应立即喷入再燃燃料。但再燃燃料的送入位置不能太靠近一次燃烧区，否则，不仅会降低燃料燃尽率，而且有较多的过剩氧进入还原区，使还原区内过量空气系数增加,对还原不利。对不同的燃烧设备，最佳的停留时间要由试验确定。再燃区内烟气和燃料的停留时间应该在(0.4～ 1.5)s，但实际应用中。由于条件限制，不可能给出太长的停留时间。

一次区NOx生成量

一次区NOx生成量越低越好,尽管当一次区NO下降时，二次区NO还原为N2的还原率在下降，但总的NOx排放量下降。一次区煤粉燃尽度越高越好，这样可使进入二次燃烧区域的残余氧量降低，以抑制NOx的生成。

最佳过量空气系数α

在一定的条件下(如一定的温度和停留时间)，各级燃烧区有1个最佳过量空气系数α，此时NOx的浓度值最低。一般主燃烧区过量空气系数(煤粉炉、包括液态排渣炉、旋风炉前室)取1.1，上部燃尽区为1.15～ 1.2,还原区为0.7～ 0.9。对于不同的燃烧设备，由于具体条件不同，如煤种、二次燃料、温度和停留时间等，最佳的过量空气系数α值要通过试验确定。

送入方式

为了保证再燃燃料在还原区内的停留时间,最大程度地降低NOx排放量，就必须使再燃燃料能快速、充分地与从一次燃烧区上来的主烟气混合。为此，在再燃燃料的送入方式上要精心设计，如送入位置、布置方式、送入速度等。

燃尽风与主烟气的混合

为了保证再燃燃料在还原区内的停留时间，同时保证燃料的燃尽，燃尽风与主烟气的混合也必须快速、充分，因此，燃尽风的送入方式也同样需要精心设计。

垂直方向的空气分级

燃烧器的顶部布置有两个燃尽风 (OFA-over fire air) 喷口，将15%的空气量从此送入炉内。这样，主燃烧区氧量不足，火焰温度较低，NOx的生成量减少，由燃料氮生成的NHi等中间产物有一部分因缺氧不能转化为NOx，反而会按反应 (R5) 使已生成的NOx还原。燃尽风使燃料完全燃烧，但此处的温度较低，生成的NOx不会太多。所以，分级燃烧可使锅炉的NOx排放量减少。石横电厂SG-1025/177-1型锅炉的NOx排放量为610mg/m(O2含量为6%的干烟气，下同)，比国内燃用相近煤种的同容量锅炉约低200mg/m以上。

燃尽风 (OFA) 喷口的布置方案有两种：一是与主燃烧器成一体——CCOFA；二是与主燃烧器分离，单独布置——SOFA。

这项技术的关键有几点。

(1) 一次燃烧区内的过量空气系数α1。α1 减小，一次燃烧区内会产生大量不完全燃烧产物以及剩下大量没有完全燃烧的燃料，有利于抑制NOx生成。由图5-41可见，当α1=0.8时，NOx的生成量比α1=1.2时 (正常值) 降低了50%左右，此时燃烧工况稳定。当α1进一步降低时，将有大量的HCN、NHi、焦炭等进入α>1的二次燃烧区 (燃尽区)，使该处的NOx生成量增加，最终导致NOx的排放量升高。此外，α1过低还会使炉膛出现结渣、腐蚀以及燃烧效率下降。因此，α1一般不宜低于0.7。对于具体的燃烧设备和煤种，最佳的α1值要通过试验确定。

(2) 一次燃烧区内的停留时间。一次燃烧区内的停留时间越长，即OFA喷口距主燃烧器越远，NOx的分解效果越好，但会影响二次燃烧区内燃料完全燃烧的程度和炉膛出口烟气温度。

(3)燃尽风要有足够高的流速，以保证与烟气的良好混合。否则将使燃尽过程推迟，降低燃烧效率，还会引起炉膛出口烟气温度升高，导致炉膛出口结渣以及过热器管壁超温。

(4) 防止结渣和腐蚀。为防止一次燃烧区内还原性气氛可能引起的炉膛结渣和腐蚀，布置 “边界风”。具体措施是在煤粉炉底冷灰斗和侧墙上布置许多空气槽口，通过这些槽口低速向炉内送入一层 “边界风”气流，边界风的总流量约为燃烧所需总空气量的5%，边界风沿炉膛四壁上升，使水冷壁表面保持氧化性气氛，可有效防止水冷壁的结渣和腐蚀。

水平方向的空气分级

(1) 同轴同向双切圆燃烧系统——CFS Ⅰ。20世纪80年代开发的这种系统，其目的就是降低NOx排放量。这种燃烧器的二次风射流轴线向水冷壁方向偏转一定角度，在炉内形成一次风煤粉气流在内、二次风在外的同轴同向双切圆燃烧方式。二次风射流向外偏转后，推迟了它与一次风的混合，减少了燃烧初期的供氧量，从而抑制了NOx的生成。

这种技术的关键是二次风的偏转角度。偏转角度大，分级燃烧的效果显著，NOx排放量下降的幅度大，但飞灰可燃物也会增大。合适的偏转角因煤种而异，应通过试验确定。

华能石洞口第二发电厂的两台600MW超临界压力机组采用了CFSI燃烧系统，一次风喷口为WR燃烧器，锅炉在满负荷时的NOx排放量为630mg/m。

(2) 同轴反向双切圆燃烧系统——CFSⅡ。一次风煤粉气流与二次风射流向相反的方向偏置，仍形成二次风包围一次风的局面，但一、二次风切圆的旋转方向相反。这种燃烧方式提高了煤粉气流在炉内的穿透能力，并使其远离下方水冷壁，减轻炉内的结渣和积灰。此外，加强了煤粉与空气的混合，过量空气系数可以降低，从而使NOx的生成量减少。

(3)低NOx同轴燃烧系统——LNCFS。分LNCFS Ⅰ (即OFA+CFSⅠ +WR) 和LNCFSⅡ(即OFA+CFSⅡ +WR) 两种形式。深圳妈湾电厂300MW机组锅炉采用了LNCFS Ⅰ燃烧系统。该厂HG-1025/18.2-YM6型锅炉直流燃烧器采用正压直吹式制粉系统，配6台RP783型中速磨煤机，每台磨煤机带同层4只一次风喷口，额定负荷投运5台磨煤机。单角燃烧器由6层一次风煤粉喷口、9层二次风喷口 (其中三层装有油枪，顶部二层为OFA喷口) 组成。一、二次风的切圆旋转方向相同，但OFA的假想切圆直径介于一、二次风假想切圆直径之间，作为消旋风，其旋转方向相反。该炉燃用晋北烟煤，电负荷280MW时，NOx排放量在540～640mg/m之间。

上海吴泾热电厂和外高桥电厂的1025t/h锅炉采用了LNCFSⅡ燃烧系统。吴泾热电厂的锅炉采用正压直吹式制粉系统，配5台RPB-863型中速磨煤机，每台磨煤机带同一层4只WR型煤粉燃烧喷口，额定负荷下4台磨煤机运行。单角燃烧器由5层一次风煤粉喷口、8层二次风喷口(其中3层布置有油枪，顶部二层作OFA)，一、二次风相间布置，二次风轴线对一次风轴线偏转25°，形成大小不同、方向相反的两个切圆。该炉燃用东胜神木石圪台烟煤，试验煤质Var=26.47%，Aar=8.61%，Mar=15.83%，Nar=0.75%。在300MW负荷时，省煤器出口氧量可控制在2.5% (α=1.14) 的低水平，锅炉效率93.8%，超过保证值，NOx排放量则低于600mg/m。

(4) TFS2000燃烧系统。它与LNCFS Ⅰ不同之处是增加了与主燃烧器分开的燃尽风喷口——SOFA(分H-SOFA和L-SOFA两层布置)。加上LNCFSⅠ系统中与主燃烧器成一体的燃尽风喷口CCOFA，可延长燃料在还原区内的停留时间，增加分级燃烧的深度，又为锅炉在整个运行范围内提供了灵活的分级手段。SOFA喷口的角度可在水平方向作±15°调节，以加强燃烧后期的扰动、降低未完全燃烧热损失，并减小主气流的残余旋转。美国一台240MW机组的锅炉采用了TFS2000燃烧系统，燃用美国东部烟煤 (Var=33.50%，Aar=9.50%，Mar=7.00%，Qar，gr=28.7MJ/kg)，在整个运行负荷范围内，NOx排放量保持在低于240mg/m的水平。

传统的旋流燃烧器，由于燃烧初期的气流扰动强及二次风很快混入，易形成富氧燃烧区，而且火焰短，放热集中，火焰温度高，所以NOx排放量高于切圆燃烧的普通直流燃烧器。

空气分级是为了达到推迟混合和控制燃烧过程的目的。在一次燃烧区仅送入维持稳定着火和挥发分燃烧所需要的空气量，形成浓相核心火焰，降低火焰温度峰值; 由于推迟二次风的混入，形成了还原区，能使部分NOx还原。其余空气从燃烧器外环分级送入，包围浓相核心火焰，并通过与其混合实现完全燃烧。和普通旋流燃烧器相比，这种燃烧器至少使NOx的排放量降低40%，而且对于炉膛腐蚀、燃尽度和传热性能未发现有明显的副作用。

美国B&W公司双调风旋流燃烧器

B&W公司设计制造的大型电站锅炉都采用双调风的低NOx旋流燃烧器，有双调风燃烧器(DRB)、着火增强型双调风燃烧器 (EI-DRB)、一次风置换型双调风燃烧器 (PAX-DRB) 以及轴向控制低NOx双调风燃烧器等类型。前三种型式在我国电站锅炉上均有使用。

(1) DRB燃烧器。DRB型旋流燃烧器的主要特点是将二次风分成内、外两部分，实现分级送风。燃烧器有三个同心的环形喷口，中心是一次风喷口，一次风占总风量的15%～20%。由于进口弯头的影响，煤粉集中在一次风管上侧。文丘里管作为混合装置，可使煤粉沿周向均匀分布并产生内浓外淡的浓淡分离效果。在一次风喷口的外侧，依次为内、外二次风喷口。此外，在一次风喷口周围还有一股冷空气或烟气，除用于冷却喷口外，对抑制燃烧初期NOx的生成也有较大作用。内二次风通道内装有由可调轴向叶片组成的内调风器，其作用是促进一次风煤粉气流的着火和稳定火焰，形成富燃料燃烧区。手动调节轴向叶片可改变内二次风的旋流强度，控制煤粉与空气的混合。在外二次风喷口的入口处，装有由可调切向叶片组成的外调风器。外二次风的作用是向火焰供风以保证煤粉的燃尽。此外，旋转的二次风吸引的热烟气回流也能改善火焰的稳定性。二次风所占的比例较大，可以有效地将燃烧中心的还原性气氛与炉墙水冷壁分隔开，对防止结渣和高温腐蚀有一定作用。由于一次风不旋转，外二次风的旋流强度通常比较低，燃烧过程拖后，使火焰温度降低，有利于抑制NOx的生成。测量结果证实，在距喷口1.2m处，普通旋流燃烧器的火焰温度是1600℃，而这种燃烧器为1400℃。

在文丘里管的喉部加装可移动的旋塞，用于改变压降，平衡各燃烧器的流量，实现对一次风量和燃料量的精确控制。V型双调风燃烧器，用扩散器取代了文丘里管，华能南通电厂引进加拿大B&W公司制造的350MW机组锅炉就采用了这种DRB燃烧器。该炉燃用Var= 25.56%、Nar=0.61%、Qar，net=23.4MJ/kg的晋北煤，满负荷时NOx排放量590～675mg/m，比普通旋流燃烧器少300mg/m以上。锅炉有较好的调峰能力，在35%负荷 (相当于133MW电负荷) 能稳定运行，无需投油助燃。但燃烧器的内外二次风风门机构、旋转叶片的调节机构往往因卡涩而无法调节。

为燃用反应活性低或者高水分、高灰分的低质煤，北京巴威公司制造的200MW、300MW机组锅炉，有多台采用了EI-DRB型燃烧器，浙江台州发电厂B&WB1025t/h锅炉的EIDRB型燃烧器，它与DRB型燃烧器没有实质区别，只是采用了较低的一次风速和较高的二次风速，以增强燃料的着火能力。台州发电厂收到了较好的使用效果。但是，秦皇岛热电厂的B&WB-670/13.3-M型锅炉也采用了EI-DRB燃烧器，运行中低负荷稳燃能力差，在70%负荷就要投油助燃，飞灰可燃物含量达到7%。究其原因，主要是一次风通道中的均流装置距一次风喷口太远，约3.2m，它对一次风中煤粉气流的浓缩效果在气流到达喷口时已经消失，在燃烧器出口的中心回流区内无法形成富粉流，因此着火晚，导致燃烧不稳定。后对燃烧器做改造，即取消均流装置，在一次风通道内安装带有旋流叶片的中心管，在一次风出口处加装齿形稳燃器，并将一次风喷口的端部外扩，做成扩锥形，这些部件的作用将在DS型燃烧器中介绍。燃烧器改造后，锅炉可在50%负荷不投油而稳定燃烧，飞灰可燃物下降到4%，NOx排放量也从改造前的296×10(V/V) 下降到改造后的224×10(V/V)。

(2) PAX-DRB燃烧器。这种PAX (primary air exchange)双调风旋流燃烧器是北京巴威公司在B&W双调风旋流燃烧器的基础上开发出来的，增加了一次风交换装置 (PAX) 和乏气管。磨煤机出口风粉混合物的温度约85℃。进入燃烧器之前，风粉混合物先要流过偏心导管、弯头和分离板。利用偏心导管的导流作用和弯头的离心分离作用，使大量煤粉分离到管道外缘向前流动。另从管道中央将50%左右的乏气抽出，经乏气管直接送入炉膛。乏气喷口布置在相邻两燃烧器之间。乏气中所含煤粉量约占总煤粉量的10%。310℃的热风从二次风箱抽出，经增压风机和增压风管送入燃烧器，补充气粉混合物所缺的风量，并使燃烧器出口处的一次风粉混合物温度上升到200℃左右，达到中间储仓式制粉系统热风送粉的温度水平。

根据煤质变化和燃料的着火情况，燃烧器中补充的热风量可以等于或少于抽出的乏气量。因而一次风中的煤粉浓度可能有所提高，再加上一次风温升高的影响，为低挥发分煤种的着火创造了有利条件。

PAX型煤粉燃烧器配有B&W公司旋流燃烧器的双层调风机构。从大风箱来的热二次风分成两股，分别引入内层和外层调风器。内层二次风量少，作为引燃煤粉用。外层二次风量大，煤粉着火以后才混入火炬中，使燃料达到完全燃烧。内、外层二次风的旋转方向相同，而且旋流强度都是可以调节的。尽管PAX型燃烧器的一次风不旋转，但旋转的二次风可将炉内的高温烟气卷吸到煤粉着火区，提供燃料的着火热量。

通过拉杆使内层二次风叶片调整滑环沿轴向移动。8片轴向叶片经曲柄、连杆与滑环连接。当拉杆向炉外拉出时，叶片逐渐关闭，内层二次风的旋流强度逐渐增加; 反之，当拉杆向炉内推进时，叶片逐渐开启，内层二次风的旋流强度减小。改变内层二次风的旋流强度，就可使其沿着喷口处煤粉射流的边界形成一个局部的回流区，稳定火焰前沿。依靠手柄操纵内层二次风量调整滑环的位置，使其纵向移动，改变进风口的环形开度，就可控制内层二次风量。

外层二次风是强旋流的。在由前板和后板构成的骨架上，装有12片切向叶片，这就是外层调风器。叶片之间用传动连杆、传动板相互铰接。通过手柄的操作可带动叶片同步转动，从而改变外层二次风的旋流强度。

PAX-DRB燃烧器的特点可总结为： ①通过一次风交换提高一次风粉混合物的温度，减少着火热，有利于低挥发分煤种着火。适于燃用贫煤和无烟煤。②二次风分级送入，调节内、外二次风的比例，可控制燃烧过程，减少NOx生成。

PAX-DRB燃烧器最先用在W型火焰锅炉上，近年来已用于普通煤粉锅炉。华能上安电厂350MW机组锅炉为W型火焰锅炉，20只PAX-DRB燃烧器分置在下炉膛的前后拱上，由4台 MPS-89K中速磨煤机供粉，BMCR工况下3台磨煤机运行。燃用Nar=0.97%，Aar=19.93%，Mar=10.17%，Var=11.13%，Qar，net=23.9MJ/kg的煤质时，BMCR工况下的NOx排放水平较高，在900～1100mg/m之间。

(3) DRB-XCL燃烧器。二次风也有两个通道。一次风管内装有节流孔板，以均衡不同长度风管之间的阻力损失，使各燃烧器的一次风量平衡。在进入燃烧器之前的一次风管弯头内装有导流器，其后是锥形扩散器。导流器和锥形扩散器都用碳化硅陶瓷材料制造，它们的作用是均衡由于风粉混合物改变流向而产生的上浓下淡的浓度偏差，并在一次风喷口中形成壁面的富燃料层和中心的贫燃料区。一次风喷口端部装有齿形稳焰环，以增加出口处富燃料层的湍流强度，加速传热、挥发分分解和着火。内二次风道中有可调导向叶片，调节其开度使煤粉稳定着火。外二次风道内有两级叶片，靠近入口端是固定的导向叶片，以均衡燃烧器周向的空气分配; 靠近出口端的是可调导向叶片，根据需要调节气流的旋流强度，控制外二次风与火焰的混合位置。内、外二次风道的出口装有分流板，可阻止二次风过早地与火焰混合。每只燃烧器的二次风道配置一只环型风量测量装置及环形滑动调风盘。后者有 “冷却、点火、运行” 三个逻辑状态。

DRB-XCL燃烧器。扬州第二发电厂二台600MW机组，锅炉为美国B&W生产的亚临界压力自然循环半露天布置煤粉炉，BMCR=1819t/h，设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为晋北烟煤。36只DRB-XCL型燃烧器分三层在炉膛前后墙上对冲布置。在600MW电负荷工况下，飞灰可燃物含量低于2.5%，炉膛出口氧量 2.5%～3%，左、右侧烟温差21～43℃，NOx排放水平可控制到450mg/m，锅炉可在28%的额定负荷下稳定运行。华能南通电厂2台350MW机组锅炉，使用的也是DRB-XCL燃烧器，前后墙对冲布置。试验煤质为： Aar=16.11%，Mar=10.45%，Nar=0.60%，Vad=24.27%，Qar，net=23.1MJ/kg。NOx排放量为330～490mg/m，比普通旋流燃烧器低50%～70%。

可在DRB或DRB-XCL燃烧器的上方、紧靠燃烧器布置SOFA风口——NOx风口。此时主燃烧器的总过量空气系数控制在0.7～0.85，其余的空气从NOx风口喷入，使燃料完全燃烧，提高分级燃烧的效果。NOx风口为双通道。内通道的截面大，用以产生一个粗大的高速直流射流，提高对高温火焰的穿透能力; 外环通道内的叶片使气流产生旋转，调节旋流强度可改变混合情况。和主燃烧器一样，每个NOx喷口内都装有皮托管，根据测得的流量信号控制调风盘的位置，使各NOx风口的流量均匀。

德国Babcock公司双调风旋流燃烧器

(1) WS型双调风低NOx燃烧器。图5-56是山西神头二电厂500MW机组半塔式锅炉所采用的WS型燃烧器。燃烧器的中心是中心风管，管中可插点火油枪。一次风和外二次风是直流射流，内二次风由叶片产生旋转，改变叶片的角度可调整旋流强度。

设置中心风的目的，是为煤粉燃烧初期提供必要的氧量。中心风管的末端装有内扩口，其作用相当于钝体，一次风煤粉流绕过内扩口并形成煤粉的浓淡分布，再喷入炉膛。试验发现： 由于旋流二次风量较小，运行时，燃烧器是在内扩口、中心风和内二次风的共同作用下产生回流区，保证煤粉气流的着火。外二次风的风量大，又不旋转，推迟了与一次风煤粉气流的混合，燃烧过程受到控制，火焰温度峰值降低，有效地抑制了NOx的生成。

陕西蒲城电厂330机组的1100t/h锅炉，是罗马尼亚制造的半塔式布置、亚临界压力直流炉，燃用蒲白贫煤，采用的也是WS型燃烧器，但在外二次风道内加装了手动调节的轴向旋流调风器，以提高旋流强度，增加热烟气的回流量，保证煤粉稳定着火。该炉的NOx排放量为820～1400mg/m，经过调试后达到650mg/m以下 (O2含量6%)。

(2) DS型双调风低NOx燃烧器。这是WS型燃烧器的改进型。它的结构特点是：

1) 一次风道内加装了旋流导向叶片，一次风喷口处有齿环稳燃器。旋流导向叶片使煤粉气流强生旋转，一方面使煤粉沿周向均匀分布，另一方向又沿径向形成外浓内淡、外粗内细的不均匀分布。在煤粉喷口处受到齿环稳燃器的阻挡，较粗的煤粉颗粒从一次风管贴壁处折向趋中射入炉内，浓集于大回流区边界，使回流区边界处的浓度梯度增大，强化了传质和燃烧; 而较细的煤粉颗粒则绕过齿环稳燃器，在每个齿后形成一个小涡流，整个齿环形成一圈小涡流圈，附在大回流区的根部。在这些小涡流内，煤粉细，流速低，极易着火，并将热量传给未着火的煤粉，强化了煤粉气流的着火。

2)内、外二次风道内都有旋流叶片，内二交风道中的叶片固定，外二次风道中的叶片角度可以改变，用以调节外二次风的旋流强度，增强对煤质的适应性。

3)一次风喷口端部外扩，延迟了内二次风与一次风的混合，阻碍了大回流区因二次风的卷吸向宽度方向发展，保证了回流区有足够的长度和燃烧器出口有一较长的富燃料区。内二次风喷口端部也为外扩型，推迟了外二次风与火焰的混合，使分级送风的效果更好。

4) 内、外二次风都经过蜗壳切向引入，可保证空气在断面上均匀分布。

据德国Babcock公司介绍，这种燃烧器既可用于前后墙对冲燃烧方式，也可以用于切圆燃烧方式; 既可以燃用优质烟煤，也可以燃用劣质烟煤或贫煤。采用DS型燃烧器的锅炉，NOx排放量可以降到450mg/m左右;锅炉负荷变化范围为40%～100%，燃烧器负荷变化范围为50%～100%。

5) 图5-58表示WS、DS型燃烧器能达到的NOx排放值与燃烧器的过量空气系数的关系，以及它们和普通燃烧器的对比。

Babcock—日立公司的HT-NR型低NOx燃烧器

Babcock—日立公司在DRB型燃烧器的基础上，于1985年研制成HT-NR型燃烧器。一次风粉气流经过90°弯头进入燃烧器一次风管后，通过文丘里管向中心浓缩，然后经过安装在中心管上小角度轴向叶片，煤粉被甩向一次风管壁附近后喷入炉膛。一次风喷口装有陶瓷制成的齿形稳燃环，可使煤粉颗粒稳定着火。内二次风通道内装有可调角度的轴向叶片。在内二次风道出口，排列紧密的旋流叶片围绕着一次风喷口。二次风档板和内二次风轴向叶片分别由两根推拉式的拉杆控制，推拉二次风档板可改变内、外二次风风量的比例。外二次风入口安装有径向叶片，用于调节外二次风风量及其旋流强度，叶片角度由装在燃烧器外的叶轮机构调节。

北京高井电厂一台HG410/100-1型锅炉用12只HT-NR型燃烧器取代原来的双蜗壳扰动式燃烧器，燃用Mar为7.21%～11.3%、Aar为19%～34%、Var为19.4%～30%、Nar为0.9%～ 1.1%、Qar，net为18～22.5MJ/kg的烟煤。NOx的排放量由燃烧器改造前的平均值783mg/m下降到480mg/m左右，降低了38.7%; 而飞灰可燃物含量则从6.4%升高到8.79%，增加了2.39%，锅炉热效率相应下降了0.59%; 锅炉不投油助燃的最低负荷由75%降低到50%。

在HT-NR2燃烧器中，用浓度调整器取代轴向叶片，在其末端由于流通截面扩大，使惯性小的空气向中心扩散，进一步提高了壁面处的煤粉浓度。在内、外二次风道的出口之间增加了分隔器，进一步推迟了外二次风与火焰的混合，并使燃烧器喉部烟气产生再循环，达到既使NOx还原区扩大，又使火焰温度适当提高的双重目的。日本一台1510t/h超临界压力直流锅炉装有HT-NR2燃烧器。运行数据表明，与采用HT-NR燃烧器的锅炉相比，NOx排放量降低10%～15%，飞灰可燃物降低30%以上。

美国FW公司双调风CF/SF型燃烧器

山东邹县电厂2020t/h亚临界压力、自然循环锅炉采用的控制流量 (CF)、分割火焰 (SF)、低NOx燃烧器，即美国FW公司制造的CF/SF型双调风低NOx燃烧器。

一次风煤粉气流切向进入一次风通道，后者由内、外套筒之间的环形通道以及环形通道外围的四个椭圆形喷嘴组成。为防止旋转离心作用引起一次风通道外周煤粉浓度过高，在外套筒内壁的陶瓷衬层上装有反旋导条。各个喷嘴流出的射流独自形成小火焰。小火焰扩大了煤粉气流与热烟气的接触面，使煤中挥发物尽快析出，既可稳定燃烧，又能形成还原性气氛，减少NOx的生成量。带滑动尖端的内套筒可以通过手动调节机构前、后各移动152mm。这样可以在一次风流量不变的情况下，改变一次风的速度，从而控制一、二次风的混合状态，改变内回流区的位置和大小，进而达到调节着火点位置、控制火焰形状、减少NOx生成量的目的。

二次风分内、外两个通道。二次风由切向进入多孔均流孔板和可调挡板，再进入内、外二次风通道。二次风风量可由均流孔板外侧的可移动式套筒挡板控制，但后者不作全程调节，仅由逻辑设定关闭、点火和开足三个位置。燃烧器停用时将它关闭，此时仍有足够风量通过间隙漏入，冷却燃烧器。改变内二次风道中可调挡板的径向角度，控制喷口喉部的旋流强度及着火点位置。改变外二次风道中可调挡板的径向角度，能调节内二次风量和入炉总风量。由于采用多股一次风及二次风分级，能保证在距喷口2～3m范围内，燃烧区的过量空气系数只有0.6～0.7，预期NOx可降低50%～60%。最大NOx排放量设计值为614mg/m，实际为737mg/m。

利港电厂350MW机组的1160t/h亚临界压力自然循环锅炉，采用的也是CF/SF低NOx燃烧器，燃用雁北混煤。试验煤质为Nar=0.65%，Aar=22.69%，Mar=8.30%，Var=25.17%，Qar，net=22.5MJ/kg，在BMCR工况下NOx超过1000mg/m，比同容量的其他锅炉要高1倍，这与该炉容积热负荷、燃烧器区域容积热负荷、燃烧器区域壁面热负荷分别比上一台锅炉高16%，10%及6%，而且单只燃烧器的热功率高出1倍不无关系。

德国Steinmüller公司SM型低NOx燃烧器

(1) SMⅠ～Ⅲ型燃烧器。SM型燃烧器中心管插有油枪，燃油时投入中心风，燃煤时中心风挡板几乎处于关闭状态。中心管的外围依次为一次风和二次风的通道。一次风煤粉混合物是直流射流，二次风通过轴向叶片产生旋转。一、二次风的总风量约占理论必需空气量的70%。因此，在燃烧器喷口附近的着火区及二次风混入后的燃烧区内，都是α<1的富燃料燃烧工况，有效地抑制了NOx的生成。燃料完全燃烧所需的其余空气，则通过布置在燃烧器外围的分级风喷口送入炉膛。分级风量用挡板进行调节，其喷口可以是圆形的也可以是缝隙式。分级风是不旋转的直流射流，有较长的射程和穿透性，它在一定距离与富燃料燃烧的一次火焰混合，保证燃料的燃尽。

SM型燃烧器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的区别在于分级风喷口的数量和位置。SM-Ⅰ型四个角都有分级风喷口，SM-Ⅱ型在燃烧器上部有三个分级风喷口，而SM-Ⅲ型只在燃烧器顶部布置二个分级风喷口。改进的目的是为了增加分级风射流的动量，以便能更深入地穿透到高温火焰中。此外，虽然喷口的数量减少，但分级风所占的比例却在增加，这是为了减少主燃烧器的过量空气系数，达到低NOx燃烧的目的。据Steinmüller公司介绍，就NOx排放量而言，采用SM-Ⅰ型可降到800mg/m，采用SM -Ⅱ型可降低到550mg/m，而SM-Ⅲ型可降到500mg/m左右。

SMⅠ～Ⅲ型属于空气内、外分级混合相结合的旋流燃烧器，与其类似的有美国能源和环境研究所 (EER) 开发的DMB燃烧器，见图5-64。主燃烧器虽然有内、外二次风和一次风，但它们提供的过量空气系数之和只有0.7，燃料燃尽所需的剩余空气从燃烧器周围的喷口以 “三次风” 的形式喷入炉膛，使炉内的过量空气系数达到1.2。使用该燃烧器，预期的锅炉NOx排放量为322 ～333mg/m。

(2) SM-Ⅳ型燃烧器。SM-Ⅳ型燃烧器为纯内部分级混合结构，去掉了燃烧器周围的分级风喷口，其结构见图5-65。它与DS型燃烧器大体相似，区别之处为： ①齿环稳燃器可沿轴向移动，改变一次风出口截面，适应不同煤质燃烧的要求;②燃烧器一次风煤粉通道前的弯头装有阻力棒，它代替了DS型燃烧器一次风通道内的旋流叶片。风粉气流通过弯头时，受阻力棒的漫反射作用，煤粉分布趋于均匀。

据介绍，SM-Ⅳ型燃烧器既可燃用烟煤，也可燃用褐煤。对于烟煤，NOx排放量可降低到250～350mg/m; 对于褐煤，NOx排放量可以降低到200mg/m。

上海杨树浦电厂525t/h锅炉采用了SM-Ⅳ型燃烧器。燃用煤质为Aar为26%～33%、Mar为8%～10%、Var为18%～23%、Qar，net为17.25～21.10MJ/kg，设有炉膛上部二次风，要求NOx排放量低于600mg/m。

三井—Babcock双调风低NOx燃烧器

华能大连电厂和华能丹东电厂都安装了350MW机组，锅炉是三井—Babcock (Mitsui Babcock)制造的亚临界压力自然循环锅炉。二次风分成两股。内、外二次风的旋流器由轴向叶片组成。外二次风旋流器的位置在安装时进行了预调，运行中不再变动。移动内二次风的旋流器，可改变绕过叶片的直流风和通过叶片的旋流风的比例，最终达到改变内二次风旋流强度的目的。改变内二次风套筒挡板的位置，就可在二次风压不变的条件下，调节内、外二次风的比例。

华能大连电厂和华能丹东电厂都安装了350MW机组，锅炉是三井—Babcock (Mitsui Babcock)制造的亚临界压力自然循环锅炉。二次风分成两股。内、外二次风的旋流器由轴向叶片组成。外二次风旋流器的位置在安装时进行了预调，运行中不再变动。移动内二次风的旋流器，可改变绕过叶片的直流风和通过叶片的旋流风的比例，最终达到改变内二次风旋流强度的目的。改变内二次风套筒挡板的位置，就可在二次风压不变的条件下，调节内、外二次风的比例。

燃烧器的设计参数为： 燃尽风风量占总风量16%，燃烧器风量占84%。在每只燃烧器中，一次风率25%，内二次风10%，外二次风60%，其余5%从中心管送入。

华能大连电厂设计燃料为晋北烟煤。在锅炉最大额定蒸发量 (BMCR) 下，省煤器出口氧量维持在3%左右，飞灰可燃物含量为4%～5%，NOx为493～575mg/m(折算到氧量6%，下同)。即使在低负荷、氧量水平较高的情况下，NOx仍小于616mg/m。

华能丹东电厂的煤质： Aar为14.57%～15.95%，Mar为 12.13% ～ 13.16%，FC 为 44.31%～45.44%，Qar，net为21.75～22MJ/kg。在锅炉最大额定蒸发量工况下，省煤器出口氧量保持在3.5%，燃烧器区域的过量空气系数在0.95～1.05之间变化，NOx排放量为 (137～177)×10，即281～364mg/m，在我国已投产的电站锅炉中是最低的。

HG-STW型燃烧器

哈尔滨锅炉厂在80年代设计生产的HG-STW-Ⅰ型旋流式煤粉燃烧器，用于长山电厂和新华电厂的410t/h锅炉。中心管中通入少量风，作为燃烧调节手段及冷却喷口用。一次风为直流。二次风分成两股，内二次风利用轴向固定叶片使气流旋转;外二次风为直流。改变风道入口挡板开度可调节外二次风的风速。锅炉燃烧稳定，最低不投油负荷达40%。但运行时对旋流强度的调节有限，要求煤质不能偏离设计煤种太大。

在HG-STW-Ⅰ型燃烧器积累经验的基础上，又开发出HG-STW-Ⅱ型燃烧器，其性能可满足600MW机组锅炉运行的要求。

若采用煤作为二次燃料我国现有的煤粉锅炉基本不存在资源条件上的限制,资源丰富。若以天然气作为二次燃料，资源同样相当丰富。最新的勘测表明，中国天然气总储量约为47万亿m3，2003年产量可达到250亿m3/年，2005年可达到360亿m3/年，2010年可达到451亿m3/年。我国目前已开始动工的西气东输工程每年将向东部沿海地区提供约180亿m3天然气。此外,我国还参与开发哈萨克斯坦气田，铺设管线直抵山东,预计2010年供气量在100亿m3/年。

我国煤层气(煤层甲烷)资源量也十分丰富,蕴藏量比天然气储量可能还多。现在初步提供储量约为40万亿m3,其中埋藏深度水平2 000 m的煤层气资源量为(30～ 35)万亿m3,超过我国陆上常规天然气资源量(29万亿m3),约占世界煤层气资源量的20%。我国目前已广泛开始了煤层气的开发利用。另外,我国海气上岸的已有上海、海南。海南天然气已供应香港和广东沿海，管线铺设也已启动。总的看来，我国广袤的中部和沿海地区,乃至东北地区，都有燃用天然气或煤层气的资源条件,新疆、西北、四川盆地等更是资源丰富。因此，再燃烧技术在我国的应用不存在资源条件上的限制。

燃料分级燃烧技术从技术上来说已经比较成熟,国外已有很多成功应用的范例,国内尽管目前还没有投入运行的示范工程,但其关键技术已掌握,随时可以投入工程应用。因此从技术上说根本不存在问题。对燃料分级燃烧技术的经济性分析,需要在能量平衡的基础上考虑一、二次燃料的价格、初始设备投资、净发电量、辅机电耗、排烟温度以及灰渣特性等一系列因素,最终算出每千瓦时的成本电价,并与常规煤粉锅炉和其它低NOx技术相比较。

如果以300 mg/m3作为火电厂NOx排放标准，或对燃用贫煤的锅炉采用650 mg/m3的标准，目前能达到这个要求的技术有燃料分级燃烧技术和SCR技术。根据德国B&W公司的研究,采用燃料分级燃烧技术机组的成本要增加(15～ 22)S /kW,而采用SCR技术的机组成本增加(25～ 70)S /kW,可见SCR技术要远比再燃烧技术昂贵。另外,S.McCahey等人以荷兰的1台600 MW机组超临界煤粉炉为初始对象,用ECLIPSE软件对该炉分别采用SCR技术和再燃烧技术的各种情况进行了模拟并作了成功的技术经济分析,结论是若排放标准高于200 mg/m3(标准状态),天然气价格低于(1.76～ 1.93)￡时，再燃烧技术比SCR技术更具有竞争力。

如果二次燃料采用煤粉,则采用燃料分级燃烧技术基本上不增加运行成本，其投资仅为一次性投入。对于1台100 MW机组的锅炉，按我国目前的物价水平估算,采用超细煤粉再燃烧技术改造后，投资成本增加50元/kW。

如果二次燃料是天然气,则不仅有设备投入,运行成本也要增加。据估算,对于1台100 MW机组锅炉,采用天然气再燃烧技术改造后,投资成本要增加30元/kW,而运行成本增加0.02元/(kW·h)。

随着西气东送工程的实施,天然气被大量开采和使用,将部分天然气用于再燃既可降低NOx的排放又可改善电力生产能源结构,增加天然气的市场需求，从而进一步降低其价格水平,为天然气再燃技术的实施提供经济动力。