淺談燃煤鍋爐氮氧化物瞬時(shí)超標(biāo)原因及預(yù)防對(duì)策

姚洋洋

摘 要：本文通過(guò)氮氧化物（NOx）生成機(jī)理，結(jié)合已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析了鍋爐運(yùn)行中影響NOx生成的因素，提出了降低機(jī)組運(yùn)行中NOx排放瞬時(shí)超標(biāo)的措施，有效解決了NOx排放容易超限的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 燃料型NOx；過(guò)量空氣系數(shù)；瞬時(shí)超標(biāo)

引言

燃煤發(fā)電機(jī)組在鍋爐燃燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等污染物，氮氧化物會(huì)引發(fā)酸雨和硝酸鹽沉積、光化學(xué)煙霧、破壞臭氧層等危害。因此國(guó)家制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)需嚴(yán)控環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)情況。目前普遍規(guī)定小時(shí)均值不允許超標(biāo)，但是各企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中，為避免環(huán)保指標(biāo)有超標(biāo)現(xiàn)象，均要求防止氮氧化物瞬時(shí)超標(biāo)。

一、背景簡(jiǎn)介

1 鍋爐概況

某電廠(chǎng)鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為HG-1092/17.5-YM28，鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、燃煤型汽包爐。脫硝采用選擇性催化還原脫硝（SCR），該法脫硝效率高，價(jià)格相對(duì)低廉，廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外工程中，成為電站煙氣脫硝的主流技術(shù)。

2 根據(jù)有關(guān)環(huán)保部門(mén)有關(guān)規(guī)定，本地區(qū)氮氧化物（NOx）排放小時(shí)均值必須達(dá)到≤50mg/Nm3，且應(yīng)杜絕瞬時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象。

3 氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理

在煤粉爐產(chǎn)生的氮氧化物中，NO占有90%以上，NO2占5%-10%，產(chǎn)生機(jī)理一般分為如下三種。

（1） 熱力型NOx

燃燒時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過(guò)程是一個(gè)不分支鏈鎖反應(yīng)。隨著反應(yīng)溫度T的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)T<1500℃時(shí)，NO的生成量很少，而當(dāng)T>1500℃，T每增加100℃，反應(yīng)速率增大6-7倍，亦即NO生成量增大6-7倍。

（2）快速型NOx

快速型NOx是1971年Fenimore通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。在碳?xì)浠衔锶剂先紵谌剂线^(guò)濃時(shí)，在反應(yīng)區(qū)附近會(huì)快速生成NOx。

由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基可以和空氣中N2反應(yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快的速度生成，其形成時(shí)間只需要60ms，所生成的量與爐膛壓力的0.5次方成正比，與溫度的關(guān)系不大。

上述兩種氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要來(lái)源。

（3） 燃料型NOx

由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時(shí)就會(huì)生成燃料型NOx，它在煤粉燃燒NOx產(chǎn)物中占60-80%。

在生成燃料型NOx過(guò)程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和NHi等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化成NOx 。

由于煤的燃燒過(guò)程由揮發(fā)份燃燒和焦炭燃燒兩個(gè)階段組成，故燃料型NOx的形成也由氣相氮的氧化（揮發(fā)份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。

4 影響NOx生成量的主要因素

（1） 溫度的影響

溫度是影響最重要的一個(gè)因素，尤其是達(dá)到某溫度后，NOx的生成量與溫度成指數(shù)關(guān)系。該溫度稱(chēng)為“邊界溫度”，在煤粉燃燒裝置常規(guī)氧量運(yùn)行條件下，這個(gè)“邊界溫度”大約為1300℃。

（2） 燃料含氮量

燃燒時(shí)，燃料中的含氮成分與含氧物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的生成物有兩種可能，形成一氧化氮，與含氮的物質(zhì)反應(yīng)（主要是NO本身） 形成氮分子。

不同種燃料轉(zhuǎn)化率不一樣，而對(duì)于同一種燃料，燃料氮的轉(zhuǎn)換率隨著氮含量的增加而降低。盡管隨著氮含量的增加，燃料氮的轉(zhuǎn)換率降低，但NOx排放總量卻會(huì)增加。

（3） 過(guò)量空氣系數(shù)

一般而言，過(guò)量空氣系數(shù)高將導(dǎo)致NOX生成量高，因?yàn)閰⑴c反應(yīng)的O2充足。但太高將由于溫度下降產(chǎn)生相反的影響。

（4） 停留時(shí)間

化學(xué)反應(yīng)需要一定的時(shí)間完成，達(dá)到一定時(shí)間后，氮氧化物生成量將不再提高。

二、氮氧化物瞬時(shí)超標(biāo)的原因

1 在機(jī)組升、降負(fù)荷過(guò)程中，因機(jī)組協(xié)調(diào)方式自動(dòng)增加風(fēng)量、煤量，鍋爐燃燒工況的變化，脫硝出、入口NOx快速上漲，增加噴氨量不能滿(mǎn)足控制氮氧化物在正常范圍內(nèi)，導(dǎo)致會(huì)瞬時(shí)超標(biāo)。

2 在脫硝入口NOx變化較大時(shí)，脫硝調(diào)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)性差，開(kāi)啟不及時(shí)，噴氨量達(dá)不到要求。

3 運(yùn)行人員對(duì)脫硝入口NOx的變化趨勢(shì)及出口NOx預(yù)判差，沒(méi)有預(yù)判到脫硝出、入口NOx的漲幅，手動(dòng)調(diào)整噴氨調(diào)門(mén)偏置或解除自動(dòng)，手動(dòng)增加噴氨量不足。

4 啟停磨煤機(jī)，爐膛燃燒工況變化，造成脫硝出、入口NOx快速上漲。

5 因爐膛漏風(fēng)，或開(kāi)啟爐底干渣機(jī)風(fēng)門(mén)時(shí)，造成爐膛燃燒氧量增加，入口生成NOx量突然增加。

6 鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)維持較高，入口NOx高，稍有變化就會(huì)造成出口NOx排放超標(biāo)。

7 為降低噴氨量，脫硝自動(dòng)設(shè)定值偏高，沒(méi)有余地，入口NOx稍有變化就會(huì)造成出口NOx排放超標(biāo)。

三、防止吸收塔出口NOx濃度瞬時(shí)超標(biāo)措施

1 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的超低排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值50mg/ Nm3上進(jìn)一步降低NOx排放指標(biāo)數(shù)值。機(jī)組計(jì)劃模式下脫硫CEMS出口NOx按照超低排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的65%-75%予以控制。

2 退出機(jī)組ACE模式，確保機(jī)組跟蹤計(jì)劃模式。機(jī)組ACE模式下CEMS出口NOx按照超低排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的50%-65%予以控制。

3 脫硝噴氨自動(dòng)無(wú)異常情況投入自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)差或在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)調(diào)整滯后，運(yùn)行人員應(yīng)進(jìn)行干預(yù)調(diào)整，同時(shí)將自動(dòng)調(diào)節(jié)效果差情況記錄缺陷，通知熱工進(jìn)行處理。

4 加強(qiáng)對(duì)NOx的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常升高及時(shí)查找原因，分析是表計(jì)故障還是燃燒調(diào)整不當(dāng)所致，通過(guò)積極的手段降低入口NOx生成。機(jī)組負(fù)荷或磨煤機(jī)運(yùn)行方式變化時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)工況變化后脫硝入口NOx變化趨勢(shì)提前預(yù)判并提前進(jìn)行控制，防止工況、運(yùn)行方式發(fā)生變化后的環(huán)保指標(biāo)瞬時(shí)超標(biāo)。

5 在燃燒穩(wěn)定情況下，適當(dāng)關(guān)小燃燒區(qū)輔助風(fēng)、周界風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，保證二次風(fēng)風(fēng)壓。在制粉系統(tǒng)隔層運(yùn)行時(shí)，隔層制粉系統(tǒng)的輔助風(fēng)、周界風(fēng)開(kāi)度不宜太大，否則將燃燒區(qū)域?qū)⒎殖蓛蓚€(gè)，并且燃燒區(qū)將形成富氧區(qū)，NOX產(chǎn)生量增加，并使燃燒穩(wěn)定降低。

6 燃盡風(fēng)開(kāi)度對(duì)飛灰和NOX排放濃度均有較大影響，適當(dāng)降低一、二次風(fēng)量，以降低燃燒富氧區(qū)，增大燃盡風(fēng)開(kāi)度來(lái)補(bǔ)充氧量，避免飛灰大幅度上升，保持機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

7 入口NOx升高較快或突升時(shí)，為防止脫硫CEMS出口NOx超標(biāo)時(shí)間長(zhǎng)，除及時(shí)開(kāi)大噴氨調(diào)門(mén)增大噴氨量外，最主要的是控制入口NOx，并使入口NOx快速下降，可同時(shí)采用開(kāi)大燃盡風(fēng)門(mén)，提高爐膛與二次風(fēng)差壓，減少二次風(fēng)量降低氧量，提高主汽壓力通過(guò)機(jī)組協(xié)調(diào)降低煤量風(fēng)量等方法有效的降低NOx的生成量。

8 降低NOX生成采取的措施，與穩(wěn)定燃燒、提高燃燒效率采取的措施相矛盾，在運(yùn)行中不應(yīng)以惡化燃燒來(lái)達(dá)到降低NOX生成。運(yùn)行中應(yīng)綜合考慮所有因素，以達(dá)到最佳效果。

結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)鍋爐燃燒過(guò)程中NOx生成規(guī)律，結(jié)合試驗(yàn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從爐膛溫度溫控制、停留時(shí)間和過(guò)量空氣系數(shù)調(diào)整等角度，通過(guò)調(diào)整鍋爐燃燒的運(yùn)行狀態(tài)和日常運(yùn)行規(guī)定，能夠較好的實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐運(yùn)行中NOx排放瞬時(shí)超標(biāo)的控制。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙利敏等.燃燒過(guò)程的生成及控制技術(shù).電站系統(tǒng)工程. 1996[J].

[2] 張曉梅.300MW火力發(fā)電機(jī)組叢書(shū)第一分冊(cè)，燃煤鍋爐機(jī)組[M].中國(guó)電力出版社.2006（07）.

[3] 大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司.全能值班員技能提升指導(dǎo)叢書(shū)，鍋爐分冊(cè) [M] 中國(guó)電力出版社.2008（01）.