分級燃燒降低煤粉爐NOx排放的化學機理
煤燃燒對中國生態環境造成了嚴重的破壞，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%。燃煤產生的環境污染嚴重制約了中國能源工業乃至整個國民經濟的更加快速發展。在這之中，電廠排出的氮氧化物（NOx）對人類及整個生態環境造成了嚴重的危害。為此，國家環保總局于1996年3月7日頒布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-96），明確規定了1997年1月1日起新、擴、改建300 MW及以上火電機組中固態排渣煤粉爐NOx排放量不得超過650 mg/Nm3。
降低燃煤鍋爐NOx排放的燃燒技術包括采用低NOx燃燒器、爐內低過量空氣系數運行、組織沿爐膛高度和水平方向的空氣分級、燃料分級燃燒，及尾部煙氣再循環等技術。根據西安熱工研究院對中國21個電廠的51臺鍋爐NOx排放量的調查，采用空氣分級燃燒等傳統成熟技術后，鍋爐燃用煙煤、褐煤時基本可以達到國家排放標準，但燃用低揮發分的無煙煤、貧煤和劣質煙煤時還遠不能達到國家排放標準，因此針對降低燃用無煙煤、貧煤和劣質煙煤電站鍋爐NOx排放的各類燃燒技術的深入研究就具有重要的現實意義。
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措施之一，在國外已經在電站 鍋爐中成功應用。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果，NOx的還原率為58％～77％。
1 燃料分級燃燒降低NOx的基本原理
NOx在遇到烴根CHi、未完全燃燒產物CO、C和未完全燃燒中間產物HCN基團、NHi基團時， 會被還原為N2。這就是燃料分級燃燒降低NOx的基本原理。據此，將整個爐膛分為三個區：主燃區，再燃區與燃盡區。將占入爐總熱量80％～85％的燃料送入α＞1的主燃區，使燃料中的氮盡可能的轉化為NOx。其余占入爐總熱量15％～20％的燃料送入主燃區上部的再燃區，在α＜1的條件下形成還原性氣氛，使得在主燃區中生成的NOx在再燃區中被還原成氮分子，同時抑制新的NOx的生成，使NOx的排放濃度進一步降低。借助在再燃區上方布置的“火上風” 噴口形成的燃盡區，使在再燃區的未完全燃燒產物得以燃盡。
2 燃料分級燃燒降低NOx的化學反應機理
國內外眾多學者經過多年的研究，對基元反應的認識取得了較大的進展，但是總的來說至今仍沒有達成相對統一的觀點。
大部分學者認為，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 燒中間產物HCN基團，以下兩個主要反應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步基元反應機理的敏感性分析指出，敏感系數最大的兩個反應為：
H＋O2→OH＋O(3)
C，CH，CH2＋NO→HCN＋…(4)
并指出CH2對還原NO的反應不是很重要。Chen和Ma的研究結果表明CH2與CH對NO的還原作用一樣重要。
Wendt則強調燃料分級降低NOx排放機理中，HCN是一種十分重要的中間產物，并認為在富燃料情況下有以下反應：
CHi＋NO→HCN＋…(5)
然后HCN通過如下的反應還原為N2：
HCN＋O→NCO＋H(6)
NCO＋H→NH＋CO(7)
NH＋H→N＋H2(8)
N＋NO→N2＋O(9)
在貧燃料情況下，烴根通過下式氧化為CO：
CHi＋O→CO＋H＋…(10)
并進一步指出反應（5）和（10）具有相互競爭性。
Wendt同時還認為部分再燃燃料在還原性氣氛下的中間產物氨基也是還原主燃區內已生成NOx的一個重要途徑：
NO＋NHi→N2＋…(11)
由此，再燃燃料在還原性氣氛下對主燃區煤粉燃燒生成的氮氧化物的還原反應中，再燃燃料 中產生的中間產物氰基、氨基和烴根等起到分解氮氧化物的作用。同一再燃燃料中烴類物質在燃料的貧富氣氛中起到完全不同的作用。實際應用中應使再燃區內各處處于還原性氣氛，并盡量使烴根CHi與NO相接觸，避免CHi與O接觸，以保證燃料分級燃燒對降低NOx排放的效果。燃料分級燃燒降低NOx的機理仍需進一步進行研究。
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