煤燃燒對中國生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，所釋放的SO2、CO2、NOx和粉塵量分別占到其總排放量的87%、71%、67%和60%。燃煤產(chǎn)生的環(huán)境污染嚴(yán)重制約了中國能源工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟(jì)的更加快速發(fā)展。在這之中，電廠排出的氮氧化物（NOx）對人類及整個生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。為此，國家環(huán)保總局于1996年3月7日頒布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-96），明確規(guī)定了1997年1月1日起新、擴(kuò)、改建300 MW及以上火電機(jī)組中固態(tài)排渣煤粉爐NOx排放量不得超過650 mg/Nm3［1］。
　　降低燃煤鍋爐NOx排放的燃燒技術(shù)包括采用低NOx燃燒器、爐內(nèi)低過量空氣系數(shù)運(yùn)行、組織沿爐膛高度和水平方向的空氣分級、燃料分級燃燒，及尾部煙氣再循環(huán)等技術(shù)。根據(jù)西安熱工研究院對中國21個電廠的51臺鍋爐NOx排放量的調(diào)查［2］，采用空氣分級燃燒等傳統(tǒng)成熟技術(shù)后，鍋爐燃用煙煤、褐煤時基本可以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，但燃用低揮發(fā)分的無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時還遠(yuǎn)不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，因此針對降低燃用無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤電站鍋爐NOx排放的各類燃燒技術(shù)的深入研究就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　燃料分級燃燒作為降低燃煤鍋爐NOx排放的最為有效的爐內(nèi)措施之一，在國外已經(jīng)在電站 鍋爐中成功應(yīng)用。如日本的Nakoso電廠采用燃料分級燃燒后，NOx排放量降為120 mg/Nm 3；在美國的示范工程也取得了令人滿意的結(jié)果，NOx的還原率為58％～77％。
　　主要探討燃料分級燃燒降低NOx的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，并對影響燃料分級燃燒降低NOx排放的 各因素進(jìn)行初步對比分析，以有利于進(jìn)一步利用燃料分級燃燒降低中國燃煤鍋爐的NOx排放水平，使大氣質(zhì)量得到改善。

1燃料分級燃燒對降低NOx的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
1.1燃料分級燃燒降低NOx的基本原理
　　NOx在遇到烴根CHi、未完全燃燒產(chǎn)物CO、C和未完全燃燒中間產(chǎn)物HCN基團(tuán)、NHi基團(tuán)時， 會被還原為N2。這就是燃料分級燃燒降低NOx的基本原理。據(jù)此，將整個爐膛分為三個區(qū)：主燃區(qū)，再燃區(qū)與燃盡區(qū)。將占入爐總熱量80％～85％的燃料送入α＞1的主燃區(qū)，使燃料中的氮盡可能的轉(zhuǎn)化為NOx。其余占入爐總熱量15％～20％的燃料送入主燃區(qū)上部的再燃區(qū)，在α＜1的條件下形成還原性氣氛，使得在主燃區(qū)中生成的NOx在再燃區(qū)中被還原成氮分子，同時抑制新的NOx的生成，使NOx的排放濃度進(jìn)一步降低。借助在再燃區(qū)上方布置的“火上風(fēng)” 噴口形成的燃盡區(qū)，使在再燃區(qū)的未完全燃燒產(chǎn)物得以燃盡。
1.2燃料分級燃燒降低NOx的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
　　國內(nèi)外眾多學(xué)者經(jīng)過多年的研究，對基元反應(yīng)的認(rèn)識取得了較大的進(jìn)展，但是總的來說至今仍沒有達(dá)成相對統(tǒng)一的觀點(diǎn)［3］。
　　大部分學(xué)者認(rèn)為，對于不同的再燃燃料，在還原性氣氛下生成的烴根CHi、焦炭和未完全燃 燒中間產(chǎn)物HCN基團(tuán)，以下兩個主要反應(yīng)控制著燃料分級燃燒降低NOx排放的水平：
　　C，CH，CH2＋ＮＯ→HCN＋…(1)
　　HCN＋O，OH→N2＋…(2)
　　Thorne基于對一組163步基元反應(yīng)機(jī)理的敏感性分析指出，敏感系數(shù)最大的兩個反應(yīng)為：
　　H＋O2→OH＋O(3)
　　C，CH，CH2＋NO→HCN＋…(4)
　　并指出CH2對還原NO的反應(yīng)不是很重要。Chen和Ma的研究結(jié)果表明CH2與CH對NO的還原作用一樣重要。