降低Nox之我見

高世祺

甘肅大唐國際連城發電有限責任公司

1 .氮氧化物的生成機理

在煤的燃燒過程中，NOx的生成量和排放量與燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(即氧量)等密切相關。燃燒形成的NOx可分為燃料型、熱力型和快速型3種。其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不計。

(1)熱力型NOx，指空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成NOx。當爐膛溫度在1350℃以上時，空氣中的氮氣在高溫下被氧化生成NOx，當溫度足夠高時，熱力型NOx 可達20 %。過量空氣系數和煙氣停留時間對熱力型NOx 的生成有很大影響。

(2)燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而進一步氧化而生成NOx。其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。過量空氣系數越高，NOx的生成和轉化率也越高。

(3)快速型NOx，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成NOx。主要是指燃料中碳氫化合物在燃料濃度較高的區域燃燒時所產生的烴，與燃燒空氣中的N2 發生反應，形成的CN和HCN繼續氧化而生成的NOx。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氫燃料時才予以考慮。

2 .我公司鍋爐燃燒設備情況

燃燒器采用四角布置切向燃燒、百葉窗分離水平濃淡煤粉燃燒器。采用雙切圓布置方式，假想切圓直徑分別為Φ548mm和Φ1032mm的逆時針切圓。

燃燒器所配制粉系統形式為中速磨、冷一次風機、正壓直吹式制粉系統，配5臺中速磨(其中1臺備用)，磨煤機型號為HP823。

每角燃燒器共布置13層噴口。燃燒器噴口從上往下依次為OFA—2—1—2(油 )—1—2—2—1—2(油 )—1—2(油 )—1—2。 正 常運行時，一層一次風噴口及其相鄰的部分二次風噴口停運。燃燒器的3層二次風噴口內布置了燃油裝置。燃燒器一次風噴口中心線之間的距離為1650mm，上一次風噴口中心線距屏底距離為19580mm，下一次風噴口中心線距冷灰斗拐點距離為4023mm。燃燒器所有噴口均可上下擺動30度，用于調節再熱蒸汽溫度

為了綜合解決鍋爐高溫腐蝕、低NOx排放和保證較低的不投油最低穩燃負荷，本工程煤粉燃燒器所有一次風噴口均采用百葉窗分離水平濃淡燃燒器。這種燃燒器利用百頁窗式煤粉濃縮器使流過的煤粉氣流在水平方向上形成濃淡兩股氣流，濃煤粉在向火側，淡煤粉在背火側，從而形成水平濃淡偏差燃燒，濃氣流由于煤粉濃度高，著火熱大大降低，因此容易著火；加上一次風噴口中還布置有V型錐體，既能推遲濃煤粉氣流與淡煤粉氣流的混合又能造成煙氣回流區增加一次風吸卷高溫煙氣的能力，大大增加了一次風的著火能力。同時由于粗煤粉多在濃側，而這部份煤粉首先參與燃燒，因此這種燃燒方式還有利于煤粉的燃盡。此外這種燃燒方式還能同時起到降低NOx生成及防止爐膛結焦的作用。

針對NOX的生成量主要受燃燒的化學當量比影響的特點，我公司鍋爐燃燒設備設計時主要采取了如下措施：

①采用了濃淡燃燒器。濃淡煤粉氣流各自遠離燃料的化學當量比燃燒，濃煤粉氣流是富燃料燃燒，由于著火穩定性得到改善，使揮發份析出速度加快，造成揮發份析出區域缺氧，從而達到低NOX排放的目的。而淡煤粉氣流是貧燃料燃燒，燃燒區域溫度水平低，也抑制了NOX的生成。

②整個燃燒器采用分級送風的方式，在燃燒器頂部布置燃盡風(OFA)噴口。這樣，在主燃燒區域形成低氧量甚至微還原性的燃燒氣氛，抑制NOX的生成，在燃燒后期送入燃盡所需的部分空氣。

③燃燒器噴口分成上下兩組并拉開適當距離并且單只一次風噴口熱功率較小，可以降低主燃燒區的尖峰溫度。

采用以上措施，可將鍋爐NOX排放控制到550mg/Nm3。

3 .降低NOx排放技術措施

3.1 氧量控制：過量空氣系數的調整與控制是降低NOx排放濃度的有效措施。低氧燃燒能降低爐內燃燒溫度，抑制并還原N0x，降低N0x排放。而從燃燒角度講，增加氧量有利于飛灰燃盡，降低固體不完全燃燒熱損失，但到一定值后，再增加氧量對降低未完全燃燒損失沒有效果。而氧量增加 會使排煙損失明顯增加，造成鍋爐效率降低?？紤]我公司燃煤特性和保證鍋爐燃燒安全穩定，建議將氧量控制在小于2.5～3.5%范圍內較合 理，機組高負荷運行時將氧量控制到低限，有利于降低NOx排放，鍋爐效率也比較高。

3.2 頂部燃燼風(OFA)控制：空氣分級燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，使第一級燃燒區內過量空氣系數在0.8左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOx的生成。同時，燃燒生成的CO與NO進行還原反應，以及燃料N分解成中間產物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作用或與NO還原分解，抑制了燃料型NOx的生成。在二級燃燒區內，將燃燒用的空氣的剩余部分以二次空氣輸入，成為富氧燃燒區。此時空氣量雖多，一些中間產物被氧化生成NO，但因火焰溫度低，生成量不大，因而總的NOx生成量是降低的，最終空氣分級燃燒可使NOx生成量降低30%～40%。當采用空氣分級燃燒后，火焰溫度峰值明顯比不采用空氣分級燃燒時降低，故熱力型NOx降低。

建議頂部燃燼風EE1、EE2的開度控制在50～90%，正常情況下頂部燃燼風EE1、EE2的開度不低于50%，有利于降低NOx排放，也可降低飛灰。在開大頂部燃燼風的同時，可適當關小下部輔助風的開度，建議開度不低于50%，即可保證鍋爐燃燒安全穩定，也利于降低NOx排放。

3.3 制粉系統控制：富燃料燃燒，由于著火穩定性得到改善，使揮發份析出速度加快，造成揮發份析出區域缺氧，從而達到低NOX排放的目的。建議一次風壓控制在8～9KPa，一次風壓及風煤比控制在低限運行(正常風煤比1.5～2.0，新疆廣匯煤1.8～2.0)，適當提高下層磨得出力和降低上層磨出力(機組高負荷運行且汽溫情況較好時，可停運E磨)，以提高煤粉濃度和煤粉細度，即可提高燃燒器著火、燃燒的穩定性，也可抑制NOX的熱生成。

3.4 燃燒器擺動對NOx排放的影響：由于鍋爐存在汽溫偏低問題，運行中通常采用上擺燃燒器的方法提高汽溫，燃燒器上擺使得爐膛火焰中心上移、爐膛出口煙溫升高，利于氣溫調整，燃燒器上擺角度較大時，會使NOx熱生成明顯增加，在對控制NOx排放不利。在運行調整中要注意兩者之間的平衡。

3.5 運行方式變化對NOx排放的影響：機組加、減負荷，磨煤機啟、停，給煤機斷煤或磨煤機跳閘等運行方式的變化，都會使氧量大幅波動，從而造成NOx突升，極有可能使NOx排放超標。運行人員要高度重視，機組加、減負荷及磨煤機啟、停操作中要超前控制，給煤機斷煤或磨煤機跳閘時及時采取有效措施(適當減少送風量、一次風量)控制氧量穩定，以保證NOx達標排放。

3.6 采取低氧燃燒及空氣分級燃燒的調整方式，能有效抑制NOx的熱生成，降低NOx排放，但也會產生汽溫偏低、飛灰及爐渣升高等方面對運行經濟性的不利影響，機組低負荷運行時可能影響燃燒穩定。因此運行人員在控制NOx達標排放的同時，要摸索積累調整方法及經驗，掌握好環保與機組經濟運行的平衡，保證NOx達標排放，努力提高機組運行經濟性。

3.7 集控運行人員加強生產實時系統中環保指標的監視，發現NOx排放超過550mg/Nm3時，及時進行有效調整控制，必要時可適當犧牲運行經濟性，將NOx排放控制到600 mg/Nm3以下。

3.8 脫硫監盤值班人員要加強NOx排放數據的監視，發現NOx排放數據超過550mg/Nm3時，及時電話通知機長、主值加強調整。

4 .結語

綜上所述，由于各電廠燃煤煤質的不同，NOx的調整方式也略有不同，以上方式僅可作為參考，實際運行中還需結合實際情況進行調整。

[1]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機組集控運行規程.甘肅大唐國際連城發電有限責任公司，2015年

[2]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機組集控輔機規程.甘肅大唐國際連城發電有限責任公司，2015年

[3]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機組集控DCS控制及保護規程.甘肅大唐國際連城發電有限責任公司，2015年

[4]張彥鋒、周斌、梁超.3號、4號機組(2×330MW)脫硝改造工程SCR脫硝系統培訓教材.甘肅大唐國際連城發電有限責任公司，2013年

[5]邱廣明，王俊杰，孫喜平.燃煤電廠的脫硝技術研究Ⅱ——降低燃煤鍋爐NOx排放量的技術及應用[J].內蒙古石油化工，2001

[6]唐濤.通過燃燒調整降低NOx排放及減少廠用電[J].全國火電600mw級機組能效對標及競賽年會，2013

[7]王頂輝.煤粉鍋爐燃燒特性及降低氮氧化物生成的技術研究[D].華北電力大學(北京)華北電力大學，2014

[8]王少波.660MW火電機組降低NOx排放試驗研究[J].華北電力大學(北京)華北電力大學，2013