王國羽

摘 要：本文分析了氮氧化合物產(chǎn)生的條件，以及產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合云浮發(fā)電廠在氮氧化合物排放的控制方法和調(diào)整措施，對燃煤鍋爐在降低氮氧化合物排放的有效辦法進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：氮氧化物；排放量；應(yīng)對措施

中圖分類號：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對常規(guī)能源，特別是煤炭的消耗日益增長。煤炭在燃燒過程中釋放出的二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等污染物帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，并且給生態(tài)系統(tǒng)造成了重大破壞。因此我們除了對煙氣作脫硫處理外，我們還要對煙氣作進(jìn)一步的脫硝處理。

1. NOx形成機(jī)理

煤炭在燃燒過程中生成的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，其中以一氧化氮為主，一氧化氮約占86%以上，二氧化氮占10%以上。燃燒過程中NOx來自燃料中的氮化合物和空氣中的氮?dú)獾难趸^程，按其生成的機(jī)理NOx可分為熱力型NOx和燃料型NOx兩大類。

1.1 熱力型NOx

它是空氣中的氮?dú)庠诟邷叵拢?000℃～1400℃以上）氧化而生成的NOx，熱力型NOx的主要影響因素是溫度和氧濃度。隨爐膛燃燒溫度和過?？諝庀禂?shù)的增加，熱力型NOx的濃度也增加。

1.2 燃料型NOx

燃料型NOx是指燃料中的氮在燃燒過程中經(jīng)過一系列的氧化—還原反應(yīng)而生成的NOx，它是煤燃燒過程N(yùn)Ox的生成的主要來源。它既受到爐膛溫度、過量空氣系數(shù)以及燃煤的品質(zhì)的影響，同時(shí)也受了燃料與空氣混合比例的影響。

2.影響燃煤鍋爐煙氣NOx排放濃度的因素

2.1 影響因素之一：燃煤中含氮量的差異

不同種類的燃煤，氮元素的所占的比例也差距很大，約為0.6%～2.6%。燃煤中氮含量越大，燃燒過程所形成的氮氧化合物就越多。反之越少。燃煤在燃燒化學(xué)反應(yīng)過程中，氮的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)28%～43%，而從電站鍋爐的測試的數(shù)據(jù)中可以了解到，氮的轉(zhuǎn)化率為20%～25%。

2.2 影響因素之二：鍋爐燃燒中心溫度

總的來說，燃燒條件一致的情況下（煤種，煤粉細(xì)度、含氮量相同），爐膛燃燒區(qū)域的溫度越高，氮的轉(zhuǎn)化率就越高，生成量的氮氧化合物就越多。

2.3 影響因素之三：鍋爐燃燒過?？諝饬喀?/p>

從氮氧化合物形成過程可以知道，燃燒過程中過剩空氣量越大，氮氧化合物生成量就越多，反之，就越少。所以，要嚴(yán)格控制燃燒過程中的過剩空氣量。

2.4 影響因素之四：煤粉細(xì)度

煤粉較細(xì)，燃燒就越容易、越充分，燃燒反應(yīng)所需要的空氣量就越少，這樣產(chǎn)生的氮氧化合物就越少；而煤粉較粗，煤粉沒完全燃燒殆盡就進(jìn)入了煙道，造成飛灰含碳量增大，從而機(jī)械不完全損失增大。為降低飛灰含碳量要大量補(bǔ)入助燃風(fēng)，使得氮氧化合物生成量增加。所以，控制煤粉細(xì)度在較細(xì)范圍為宜。

3.云浮發(fā)電廠在控制NOx方面的應(yīng)對措施

3.1 發(fā)揮低氮燃燒器作用

近年來，隨著國內(nèi)外燃煤機(jī)組低氮燃燒器越來越普遍的使用，此技術(shù)已經(jīng)變得日趨成熟，降低氮氧化物效果也相當(dāng)明顯，對比沒有進(jìn)行低氮燃燒器改造的機(jī)組，氮氧化合物可以減少一半以上。低氮燃燒器的作用就是將燃燒空氣分級送入爐膛，降低了燃燒中心區(qū)域的氧量濃度，從而降低了火焰的溫度。根據(jù)相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，采用低氮燃燒器的鍋爐，其氮氧化合物排放濃度可降至400mg/m3左右。云浮發(fā)電廠#3、4鍋爐自2012年對鍋爐燃燒器進(jìn)行了低氮燃燒改造，更換了低氮燃燒器。它采用同心同切，濃淡燃燒的方式，從而提高燃燒效率，又在各個(gè)燃燒器組的頂部增加了兩層OFA噴口，從而降低氮氧化合物生成量?，F(xiàn)在基本處在NOx控制的較先進(jìn)水平。

3.2 選用低氮含量的煤種

如云浮發(fā)電廠#3/4鍋爐設(shè)計(jì)煤種——內(nèi)蒙古煙煤，含氮量為0.96%。而實(shí)際使用的山西煙煤為0.8%左右，是完全符合設(shè)計(jì)要求的。另外云浮發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對所有新增煤種進(jìn)行元素分析，把好入廠煤的質(zhì)量關(guān)，保證了所使用的燃煤的含氮量符合設(shè)計(jì)要求，為燃燒調(diào)整提供原始的真實(shí)的數(shù)據(jù)。

3.3 合理的燃燒調(diào)整

3.3.1 控制爐膛較低氧量。由于高溫條件下爐膛內(nèi)過?？諝饬吭叫?，NOx生成越少，所以云浮發(fā)電廠組織專業(yè)技術(shù)人員研究制定合理的爐膛氧量控制范圍，以不影響燃燒又利于減少NOx生成為目的選擇較低氧量值，通過折算成運(yùn)行人員可監(jiān)盤的氧量表參數(shù)控制，達(dá)到能控制爐膛內(nèi)的空氣量。云浮發(fā)電廠針對#3、4鍋爐在不同負(fù)荷下制定的氧量控制措施見表1。

3.3.2 降低燃燒區(qū)域的溫度。通過降低一次風(fēng)溫度，可一定程度上降低燃燒中心的溫度，從而降低氮氧化合物的生成量。云浮發(fā)電廠經(jīng)過技術(shù)改造，在鍋爐A/B側(cè)一次風(fēng)各加裝一條調(diào)溫冷卻管道。新裝管道從A、B側(cè)送風(fēng)機(jī)出口擴(kuò)散段上部接入，分別接至兩側(cè)標(biāo)高25.47m的一次風(fēng)熱風(fēng)管，相應(yīng)部位安裝一次風(fēng)溫度調(diào)節(jié)閥門以便于運(yùn)行中根據(jù)需要對一次風(fēng)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體如圖1所示。通過對一次風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)，使得鍋爐空氣預(yù)熱器出口與冷風(fēng)管混合后的風(fēng)溫降到210℃以下，一次風(fēng)風(fēng)粉混合后的溫度降到160℃以下，從而有效地降低火焰區(qū)的溫度峰值。另外，通過加強(qiáng)爐膛吹灰，提高爐內(nèi)的輻射傳熱效果，使得爐膛出口溫度即使在滿負(fù)荷135MW時(shí)候，也控制在850℃以下，從而減少熱力型NOx生成量。

3.3.3 提高煤粉細(xì)度。通過調(diào)整磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)，適當(dāng)關(guān)小粗粉分離器的折向擋板（由原來的45%的折向開度調(diào)整為35%），可以提高煤粉的細(xì)度；合理調(diào)整好磨煤機(jī)的通風(fēng)量以及熱風(fēng)溫度，可以煤粉更細(xì)，使煤粉燃燒得更充分，降低飛灰可燃物，這樣產(chǎn)生的氮氧化合物就較少。

3.3.4 合理的配風(fēng)調(diào)整，提高入爐的燃燒區(qū)域的燃料濃度。爐膛配風(fēng)采用“倒三角”，鍋爐的給煤量呈“正三角”布置。先讓燃料進(jìn)行缺氧燃燒，即關(guān)小中下層二次風(fēng)分風(fēng)門的開度，使空氣量接近理論空氣量的情況下燃燒。此時(shí)燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)α<1，因而降低了燃燒速度和燃燒中心的溫度，從而降低了氮氧化合物的轉(zhuǎn)化率。另外為了完成全部燃燒過程，需要將完全燃燒所需的其他空氣由頂層燃盡風(fēng)OFA1、OFA2噴口送入爐膛。在保證鍋爐參數(shù)正常的情況下，適當(dāng)開大燃盡風(fēng)擋板OFA的開度。在α>1的條件下完成全部燃燒過程。此方法在低負(fù)荷情況下收到的效果尤為明顯。低負(fù)荷情況下，通過停運(yùn)部分上層燃燒器，從而增加中下層燃燒器的煤粉濃度，使得燃燒區(qū)域處于缺氧燃燒的狀態(tài)，可使得低負(fù)荷運(yùn)行氮氧化合物容易超標(biāo)的問題得到有效解決。

3.4 采用SCR（脫硝）裝置

云浮發(fā)電廠選擇了目前火電行業(yè)里應(yīng)用相當(dāng)廣泛的SCR脫銷工藝。即煙氣在300℃～400℃范圍內(nèi)，利用V2O5、WO3作為催化劑，使煙氣中的氮氧化合物與氨氣相接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將氮氧化合物還原成無害的氮?dú)夂退?，使用該裝置脫銷效率達(dá)到80%以上。

結(jié)論

采用以上方法后云浮發(fā)電廠#3、4鍋爐SCR反應(yīng)器前的NOx排放量由約600mg/m?降至320mg/m?左右。而煙氣經(jīng)SCR（脫硝）裝置進(jìn)一步脫除之后煙筒NOx排放量降到50mg/m?左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于200mg/m?的國家標(biāo)準(zhǔn)。另外，云浮發(fā)電廠#3、4爐飛灰可燃物排放量未見明顯提高。鍋爐效率能保持在93.5%左右。

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