鍋爐運(yùn)行中降低氮氧化物的措施

李明

【摘要】在目前環(huán)保形勢下，國家對(duì)火電廠提出了更高更嚴(yán)的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施超低排放，要求現(xiàn)役機(jī)組在基準(zhǔn)氧含量6%條件下， NOx排放濃度分別不高于100mg/m3，這就要求現(xiàn)役火電廠積極實(shí)施技術(shù)改造，并且在運(yùn)行中采取可行的措施來降低氮氧化物的排放。

【關(guān)鍵詞】低NOx燃燒器；降低氮氧化物；運(yùn)行措施

一、NOx的生成機(jī)理有三種：

（1）熱力型NOx，是指空氣中的氮在超過1500℃的高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，溫度越高，NOx的生成量越多。如果局部區(qū)域的火焰溫度很高，將產(chǎn)生大量NOx，這部分NOx占Nox總量的10%-20%。

（2）燃料型Nox，是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成Nox。主要指揮發(fā)分中的氮化合物生成NOx，其占NOx總量的80%-90%，這部分Nox在燃燒器出口處的火焰中心生成。要控制該區(qū)域中的NOx的生成量，就應(yīng)控制燃料著火初期的過量空氣系數(shù)，使煤粉在開始著火階段處于缺氧狀態(tài)，揮發(fā)分生成的一部分NOx被還原，這樣實(shí)際生成的NOx數(shù)量可以明顯減少。

（3）快速型NOx，是指空氣中的氮和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應(yīng)，生成NOx。這部分NOx占Nox總量的5%。

二、降低NOx的理論措施

（1）低過量空氣燃燒：低氧燃燒，控制燃燒初期的氧量

（2）空氣分級(jí)燃燒：空氣分級(jí)燃燒是將燃燒過程分階段完成。第一階段：將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總空氣量的70%-80%，相當(dāng)于理論空氣量的80%，此時(shí)過量空氣系數(shù)α<1，使燃料先在缺氧條件下燃燒，在還原性氣氛中降低的Nox的反應(yīng)速率，抑制了在這一燃燒區(qū)中的生成量。第二階段：為了完成全部燃燒過程，完全燃燒所需的其余空氣則通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口SOFA稱為"燃盡風(fēng)"噴口送入爐膛，與第一級(jí)燃燒區(qū)在"貧氧燃燒"條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，在α>1的條件下完成全部燃燒過程。

（3）燃料分級(jí)燃燒：所有一次風(fēng)設(shè)計(jì)噴口為上下濃淡分離形式，中間加裝較大的穩(wěn)燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對(duì)煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。

（4）煙氣再循環(huán)

（5）低Nox燃燒器：進(jìn)行燃燒器改造

三、降低NOx運(yùn)行中的實(shí)際措施

煤粒在爐內(nèi)的燃燒過程可以分成三個(gè)階段：初始階段，溫度低，反應(yīng)十分緩慢；揮發(fā)分析出著火燃燒階段，溫度急劇升高；焦炭燃盡階段，氧氣濃度減少，氧化反應(yīng)減慢。三個(gè)階段的NOx的生成或分解反應(yīng)有所不同：第一階段，NOx的生成或分解都很少；第二階段，溫度很高，濃度過大，NOx的生成和分解都進(jìn)行的很快，但NOx的生成反應(yīng)要快得多，因而NOx濃度急劇增加，也有部分NOx轉(zhuǎn)變成N2，當(dāng)爐溫達(dá)到最高值時(shí)，NOx濃度也達(dá)到最大值；第三階段，進(jìn)人焦炭燃盡階段，氧濃度減少，這時(shí)雖然不斷的生成焦炭NOx，但是，已經(jīng)生成的NOx中有部分被焦炭還原分解生成N，而逐漸減少。因此減少燃燒初期氧的供入可降低氮氧化物。

而在正常運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)二次風(fēng)門倒三角配風(fēng)方式NOx排放量最低，而正三角配風(fēng)方式NOx排放量最高。這種現(xiàn)象可以這樣解釋：采用倒三角配風(fēng)方式，在主燃燒區(qū)域，鍋爐氧量相對(duì)較低，因此燃燒的火焰溫度也要相對(duì)低一些，熱力型NOx和燃料型NOx的生成量都減少；在燃燒器上部SOFA燃盡區(qū)域送入過量的空氣，有助于燃料燃盡，這種配風(fēng)方式飛灰可燃物是最低的，而且該區(qū)域不是主燃燒區(qū)域，火焰溫度比較低，即使該區(qū)域氧量比較大，NOx的生成量也不會(huì)增大，因此，總的NOx排放量比較低，這也說明頂部SOFA擋板的投入確實(shí)能減少NOx的生成量；由于燃燒區(qū)域下部送入風(fēng)量比較少，對(duì)進(jìn)入爐膛的煤粉頂托能力不夠，致使?fàn)t渣可燃物含量比較大。采用正三角配風(fēng)方式，鍋爐的主要風(fēng)量都從爐膛燃燒區(qū)域下部送入，使得主燃燒區(qū)域氧量比較大，燃燒的火焰溫度也相對(duì)較高，從而使熱力型NOx和燃料型NOx的生成量增加，總的NOx排放量也就增大，但是該配風(fēng)方式下的爐渣可燃物含量會(huì)大大降低。因此可采取以下措施：

（1）低氧燃燒，兼顧汽溫，不完全燃燒損失

（2）采用倒三角配風(fēng)方式，使燃燒初期的氧量盡量降低，即關(guān)小下層二次風(fēng)

（3）關(guān)小煤粉層的周界風(fēng)，可減少燃燒初期氧的供入，但必須保證燃盡風(fēng)全開保證鍋爐效率

（4）盡量維持較低的一次風(fēng)壓，即可降低氮氧化物又能保證煤粉完全燃燒

第四、低NOx燃燒器改造后運(yùn)行中存在的問題

（1）火焰中心位置提高，汽溫，煙溫偏高，減溫水使用量增大，給水泵長期憋壓運(yùn)行

（2）由于缺氧燃燒，不完全燃燒損失增大，飛灰、爐渣可燃物增大

（3）低負(fù)荷運(yùn)行過程中為保證燃燒氧量4%左右運(yùn)行，SCR入口氮氧化物偏高400mg/m3致使噴氨量增大，噴氨單耗升高0.5g/kw.h

（4）由于噴燃器改造后截面積增大，送風(fēng)風(fēng)壓降低，一二次風(fēng)剛性差，導(dǎo)致受熱面積灰嚴(yán)重，進(jìn)一步使汽溫偏高。

通過低氮燃燒器改造，加上SCR脫硝系統(tǒng)，可控制煙塵排放中NOx排放濃度低于國家環(huán)保要求的100 mg/m3。

參考文獻(xiàn)：

[1]程 琳（2014）火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及治理現(xiàn)狀 《環(huán)境保護(hù)前沿》

[2]楊福剛（2012）淺析當(dāng)前發(fā)電廠的環(huán)保建設(shè)《城市建設(shè)理論研究：電子版》

[3]國家環(huán)保部 （2011） 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011）

[4]青海寧北鋁電有限責(zé)任公司2×135MW機(jī)組兩臺(tái)鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)書