鍋爐運行中降低氮氧化物的措施

李明

【摘要】在目前環保形勢下，國家對火電廠提出了更高更嚴的煙氣排放標準，實施超低排放，要求現役機組在基準氧含量6%條件下， NOx排放濃度分別不高于100mg/m3，這就要求現役火電廠積極實施技術改造，并且在運行中采取可行的措施來降低氮氧化物的排放。

【關鍵詞】低NOx燃燒器；降低氮氧化物；運行措施

一、NOx的生成機理有三種：

（1）熱力型NOx，是指空氣中的氮在超過1500℃的高溫下發生氧化反應，溫度越高，NOx的生成量越多。如果局部區域的火焰溫度很高，將產生大量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。要控制該區域中的NOx的生成量，就應控制燃料著火初期的過量空氣系數，使煤粉在開始著火階段處于缺氧狀態，揮發分生成的一部分NOx被還原，這樣實際生成的NOx數量可以明顯減少。

（3）快速型NOx，是指空氣中的氮和碳氫燃料先在高溫下反應生成中間產物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應，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）空氣分級燃燒：空氣分級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%，相當于理論空氣量的80%，此時過量空氣系數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的反應速率，抑制了在這一燃燒區中的生成量。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"噴口送入爐膛，與第一級燃燒區在"貧氧燃燒"條件下所產生的煙氣混合，在α>1的條件下完成全部燃燒過程。

（3）燃料分級燃燒：所有一次風設計噴口為上下濃淡分離形式，中間加裝較大的穩燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對煤粉穩燃、提前著火有積極作用。

（4）煙氣再循環

（5）低Nox燃燒器：進行燃燒器改造

三、降低NOx運行中的實際措施

煤粒在爐內的燃燒過程可以分成三個階段：初始階段，溫度低，反應十分緩慢；揮發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，氧化反應減慢。三個階段的NOx的生成或分解反應有所不同：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的生成和分解都進行的很快，但NOx的生成反應要快得多，因而NOx濃度急劇增加，也有部分NOx轉變成N2，當爐溫達到最高值時，NOx濃度也達到最大值；第三階段，進人焦炭燃盡階段，氧濃度減少，這時雖然不斷的生成焦炭NOx，但是，已經生成的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。

而在正常運行中我們發現二次風門倒三角配風方式NOx排放量最低，而正三角配風方式NOx排放量最高。這種現象可以這樣解釋：采用倒三角配風方式，在主燃燒區域，鍋爐氧量相對較低，因此燃燒的火焰溫度也要相對低一些，熱力型NOx和燃料型NOx的生成量都減少；在燃燒器上部SOFA燃盡區域送入過量的空氣，有助于燃料燃盡，這種配風方式飛灰可燃物是最低的，而且該區域不是主燃燒區域，火焰溫度比較低，即使該區域氧量比較大，NOx的生成量也不會增大，因此，總的NOx排放量比較低，這也說明頂部SOFA擋板的投入確實能減少NOx的生成量；由于燃燒區域下部送入風量比較少，對進入爐膛的煤粉頂托能力不夠，致使爐渣可燃物含量比較大。采用正三角配風方式，鍋爐的主要風量都從爐膛燃燒區域下部送入，使得主燃燒區域氧量比較大，燃燒的火焰溫度也相對較高，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，但是該配風方式下的爐渣可燃物含量會大大降低。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）采用倒三角配風方式，使燃燒初期的氧量盡量降低，即關小下層二次風

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

（4）盡量維持較低的一次風壓，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）低負荷運行過程中為保證燃燒氧量4%左右運行，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，送風風壓降低，一二次風剛性差，導致受熱面積灰嚴重，進一步使汽溫偏高。

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

參考文獻：

[1]程 琳（2014）火電廠大氣污染物排放標準及治理現狀 《環境保護前沿》

[2]楊福剛（2012）淺析當前發電廠的環保建設《城市建設理論研究：電子版》

[3]國家環保部 （2011） 火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）

[4]青海寧北鋁電有限責任公司2×135MW機組兩臺鍋爐低氮燃燒技術改造項目技術標書