火電機組氮氧化物排放控制分析

戴振亮

摘 要：隨著我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展，從單純大機組高參數(shù)推進，到現(xiàn)在綜合考慮排放、環(huán)保等多方面進行綜合考慮。特別是近年來，我國環(huán)境問題日益凸顯，作為我國電力生產(chǎn)占比最大的火力機組，如何能夠經(jīng)濟高效地進行排放物控制，成為各大電力企業(yè)探索的重點之一。本文通過望亭發(fā)電廠生產(chǎn)實際出發(fā)，討論大型機組控制氮氧化物排放的可行方案。

關(guān)鍵詞：火電機組；氮氧化物；排放；控制

中圖分類號：X51 文獻標志碼：A

0 前言

自從20世紀80年代起，我國國力持續(xù)健康發(fā)展，大量的用電負荷產(chǎn)生，從而開始了大力發(fā)展火電建設(shè)。30多年來，火力發(fā)電機組裝機容量不斷增加，火電結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，高參數(shù)、大容量、高效環(huán)保型機組成為發(fā)展的方向。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，火電廠的污染物減排能力也就尤為重要。氮氧化物（NOx）是火力發(fā)電廠的排放污染物之一，對人、動植物、空氣均有害，所以如果不對氮氧化物（NOx）加以控制，它對環(huán)境污染造成的嚴重后果不堪設(shè)想。

氮氧化物（NOx）是大氣的主要污染物之一。它對人體的致毒、對植物的損害以及對酸雨的形成和臭氧的破壞都有很大的影響作用。我國的氮氧化物（NOx）排放70%來自于煤炭的燃燒，隨著火力發(fā)電的發(fā)展，氮氧化物（NOx）排放量越來越大，所以近年來，國家及地方相關(guān)部門對環(huán)保的要求與監(jiān)管日益提高，不斷提高超低排放的標準，要求對現(xiàn)有機組進行超低排放改造，新造機組必須滿足全新環(huán)保要求。

1 分析氮氧化物（NOx）生成機理

煤燃燒過程所排放出的NOx一般是指NO和NO2，其中90%以上是NO，在火焰末端一部分NO轉(zhuǎn)化為NO2。燃燒形成的NOx可分為熱力型、快速型和燃料型。

熱力型NOx主要產(chǎn)生于溫度高于1800K的高溫區(qū)，反應(yīng)機理：

N2+O=NO+N

N+O2=NO+O

N+OH=NO+H

熱力型NOx的主要影響因素是溫度和氧濃度。隨著溫度和氧濃度的增大，熱力型NOx的濃度就增加。

快速型NOx是碳氫類燃料在過量空氣系數(shù)<1的富燃料條件下，在燃燒過程中快速生成的NOx，其生成過程是碳氫類燃料分解的HCN、NH、N等與空氣中N2的發(fā)生化學反應(yīng)并氧化而成。

燃料型NOx是燃料中的氮化物在燃燒時加熱分解，然后氧化生成NOx，生成量主要取決于燃料中氮的含量，也是燃燒過程中NOx生成的主要來源，約占總的NOx生成量的80%～90%。

由NOx生成機理分析可得煤在燃燒過程中影響生成NOx的主要因素有：

（1）煤種特性，煤的含氮量。

（2）燃燒區(qū)域溫度峰值。

（3）反應(yīng)區(qū)中氧、氮、一氧化氮、烴根等的含量。

（4）可燃物在反應(yīng)區(qū)中的停留時間。

2 低NOx燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)的主要思路

（1）減少燃料燃燒時的氧濃度。包括降低過?？諝庀禂?shù)，減少空氣總量；減少一次風量和降低揮發(fā)分燃燒時的二次風供給，以降低火區(qū)段的氧濃度。

（2）在氧濃度較低的條件下，維持足夠的停留時間，使燃料中的N不易生成NOx，而且使生成的經(jīng)過均相或多相反應(yīng)而被還原分解。

（3）降低燃燒溫度峰值，減少熱力型NOx的生成。

（4）加入還原劑，使還原劑生成CO、NH3和HCN，它們能將NOx還原分解。

低NOx燃燒技術(shù)是指燃燒過程中抑制NOx生成的爐內(nèi)脫硝，煙氣脫硝技術(shù)是指對煙氣內(nèi)燃燒生成后的NOx進行脫除。運行燃燒調(diào)整是通過人為的參與燃燒調(diào)整達到降低一定NOx生成的目的。

由于低NOx燃燒技術(shù)的局限性，NOx的排放不能達到排放要求，為了進一步控制NOx的排放，我們對煙氣進行脫硝處理。目前煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化劑還原法（SCR）、選擇性非催化劑還原法（SNCR）、SNCR+SCR法，見表1。

3 降低氮氧化物排放的方法

3.1 低NOx燃燒技術(shù)

改善燃料：燃料脫氮比較困難，成本很高。

煙氣再循環(huán)：將排煙中的一部分冷煙氣送入燃燒器中和燃燒空氣混合，使燃燒用空氣的O2濃度下降，煙氣量增大，爐膛火焰溫度降低，從而控制NOx的生成。目前該技術(shù)由于吸風機和預(yù)熱器運行工況惡化，推廣就受到了影響。

燃燒方式包括濃淡分離、分級燃燒、低過剩空氣系數(shù)。

通過分析煤粉燃燒時NOx的生成機理，低NOx煤粉燃燒系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是減少揮發(fā)份氮轉(zhuǎn)化成NOx，其主要方法是建立早期著火和使用控制氧量的燃料/空氣分段燃燒技術(shù)。燃燒器采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)（LNCFS）。主要組件為：

（a）緊湊燃盡風（CCOFA）；

（b）可水平擺動的分離燃盡風（SOFA）；

（c）預(yù)置水平偏角的輔助風噴嘴（CFS）；

（d）強化著火（EI）煤粉噴嘴。

LNCFS通過在爐膛的不同高度布置CCOFA和SOFA，將爐膛分成3個相對獨立的部分：初始燃燒區(qū)，燃料燃盡區(qū)和NOx還原區(qū)。在每個區(qū)域的過量空氣系數(shù)由3個因素控制：總的OFA風量，CCOFA和SOFA風量的分配以及總的過量空氣系數(shù)。這種改進的空氣分級方法通過優(yōu)化每個區(qū)域的過量空氣系數(shù)，在有效降低NOx排放的同時能最大限度地提高燃燒效率。EI煤粉噴嘴將一次風分成富燃料（濃相）和貧燃料（稀相），在滿足著火條件的同時降低煤粉點燃階段快速型NOx的產(chǎn)生。另外在主燃燒器最下部采用火下風（UFA）噴嘴設(shè)計，通入部分空氣以降低大渣含碳量，減少鍋爐機械不完全燃燒損失。

運行中燃燒調(diào)整方面，在總風量一定的情況下適當減少一次風量，降低進入爐膛的煤粉細度，減少煤粉在點燃初期時NOx的生成。整體的煤量分布偏向于下層多上層少，二次風配風也一樣，下層風量多一些，上層少一些，充分利用火下風，使主燃燒區(qū)的氧量分布總體形成倒三角，煤粉在主燃燒區(qū)低氧燃燒后再在CCOFA風區(qū)充分燃燼，這樣還可以兼顧控制飛灰含碳量，也盡量使爐膛內(nèi)火焰拉長，溫度分布無明顯峰值且較為平均，二次風無明顯位置過多聚集，煙氣在流經(jīng)SOFA風位置的時候能充分還原已經(jīng)生成的NOx，以達到降低爐膛出口煙氣的NOx含量。

3.2 對煙氣采用煙氣脫硝技術(shù)

對于煙氣脫硝我們采用SCR反應(yīng)器高塵煙氣段布置：煙氣從鍋爐省煤器出來后進入SCR反應(yīng)器，在SCR反應(yīng)器入口煙道設(shè)置了氨氣噴射格柵，將氨與空氣混合后的氣體均勻的噴射在煙氣中，與煙氣中的NOx充分混合，煙氣流過催化劑層，NH3與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成N2和H2O，隨煙氣流過空預(yù)器、除塵器、脫硫裝置后進入煙囪排放。

結(jié)語

綜上所述，降低NOx排放的方法有：燃料脫氮、分級燃燒、濃淡分離燃燒、低過?？諝庀禂?shù)燃燒、煙氣再循環(huán)以及對已經(jīng)生成含有NOx的煙氣進行煙氣脫硝。為了我們的綠水青山、藍天白云，我們將不斷努力，使我們的機組更經(jīng)濟、更環(huán)保，使我們的生活的環(huán)境更好。

參考文獻

[1]華東六省一市電機工程（電力）學會編.鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006：25.

[2]林偉.660MW超超臨界火力發(fā)電機組培訓教材：鍋爐分冊[M].北京：中國電力出版社，2011：101.