淺析鍋爐燃燒調整對氮氧化物排放的影響

陳景

摘 要：為了降低NOx排放，在600MW鍋爐上進行了燃燒調整試驗。通過改變氧量、一次風速、二次風配風方式、磨煤機運行組合方式等，研究不同運行參數變化對NOx排放濃度和鍋爐效率的影響。試驗表明：隨著氧量的減少，NOx排放濃度降低;束腰型配風方式NOx排放濃度低于均等配風，鍋爐效率基本不變;磨煤機運行組合方式對NOx排放濃度和鍋爐效率的影響相反。

關鍵詞：鍋爐燃燒;氮氧化物;燃燒調整

電廠燃煤鍋爐是我國NOx排放的主要來源之一，控制NOx生成和排放的主要方法有：選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SCNR）技術、低NOx燃燒器、再燃技術等。對電廠而言，最實用的方法是通過燃燒調整，降低NOx的排放，成本少，效果明顯。本文針對某600MW鍋爐進行了燃燒調整試驗，研究不同運行參數變化對NOx排放濃度和鍋爐效率的影響。燃煤電廠NOx的生成主要分為熱力型（thermalNOx）、燃料型（fuelNOx）、快速型（promptNOx），其中燃料型NOx占電站鍋爐NOx生成的75%～90%。學者們根據不同NOx生成機理開發了不同降低NOx生成和排放的方法，主要有選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）、空氣分級、燃料分級以及煙氣再循環。對于已投運的機組，降低NOx最直接、最快捷的的方法是通過燃燒優化調整實現減排的目的。

1、氮氧化物生成機理

在鍋爐的運行過程中會產生多種形式的氮氧化物，其中包含一氧化氮、三氧化二氮、二氧化氮以及五氧化二氮。這些產物通過兩種方式產生，一種是燃燒的情況下空氣中的氮與氧氣發生反應，這種情況需要非常高的溫度。還有一種則是煤中的氮化物經高溫與氧氣反應生成氮氧化物[1]。鍋爐燃燒生成的氮氧化物生成量和鍋爐的溫度、供氧量、結構、燃燒設備等有著密切的聯系。由于氮氧化合物中含有氮元素與氧元素，兩種元素都存在與空氣中，且不輕易發生反應，所以鍋爐燃燒生成NOX和燃料有著一定的關系。從燃燒型氮氧化合物可得出NOX和燃料的含氮量有著密切的聯系，氮含量越高，生成的化合物越多[2]。另外，燃料中揮發分和固定碳之比也對NOX的生成量有一定的聯系，當揮發分含量越高則NOX濃度越低，所以該比值越高越好。

1.1快速型氮氧化物生成

C、H原子會參與燃料的燃燒過程，這種情況下和氮氣分子發生碰撞就會產生HCN化合物，然后其再經氧化生成一氧化氮、一氧化碳以及氫氣[3]。這個反應發生非常迅速，而且受到溫度的影響較小，生成的氮氧化合物在量上也相對較少。

1.2熱力型氮氧化合物的生成

熱力型氮氧化物生成條件為高溫，反應原料則是空氣中的氮氣和氧氣，這樣發生的氧化反應生成了氮氧化物。在NOX的生成量上，其受溫度影響非常大，在低于一千攝氏度的情況下，燃燒區域生成的產物含量較小。在高于1600攝氏度的情況下，發生反應的速度也明顯提升，而且生成量也明顯提升。通過圖1便可發現溫度對熱力型氮氧化合物的影響。若要對氮氧化物的產量進行控制則要有針對性的降低鍋爐爐膛的溫度，避免出現局部溫度過高。

1.3燃料型氮氧化合物

燃料型的氮氧化物為鍋爐運行過程中生成的最多的產物，其大約占據到總產物量的百分之七十至百分之八十，可見燃料型氮氧化物在氮氧化物中占據主導地位。這種化合物生成的原因主要與燃料中含有氮化合物有關，這樣其會受熱分解生成氫、氨等產物。鍋爐溫度逐漸升高，其中的煤粉會變細，這樣就增大了揮發N的比例，其中的氫、氨等會和氧氣發生反應生成NO和NH。然后兩個會發生還原反應，又產生氮氣。這個過程和燃料的特性、存在狀態等有一定的聯系，而且還和氧氣、溫度等有密切的聯系。所以可從這些方面進行考慮分析，進而減少氮氧化合物的生成量。

2、鍋爐燃燒調整對氮氧化物排放濃度的影響

2.1 設備情況概述

某電廠使用鍋爐為東方鍋爐集團制造，這種鍋爐為國產超臨界參數變壓直流本生型鍋爐，鍋爐的型號為DG2100/25.4-Ⅱ2。結構方面采用全懸吊結構II型、一次中間再熱、尾部雙煙道、單爐膛的結構，使用煙氣擋板進行再熱氣溫的調節。其可平衡通風、布置較為封閉、采用全鋼架構。爐膛水平斷面寬度為22162.4mm，深度為15456.8mm，高度為65700mm。鍋爐的深度為44.5m，鍋爐的寬度為49m，頂棚拐點標高為71m。

2.2 試驗方法

為探究相關參數對試驗的影響，所以采用控制變量法進行，即固定使多個參數不變，只進行單一參數變化的試驗，這樣可確定出相關參數對氮氧化物排放的影響程度。另外采用網格法在空氣預熱器的進出口位置采集煙氣，然后將煙氣進行分析。

3、試驗結果分析

3.1 一次風量的影響

保持鍋爐運行其余參數不變，只改變一次風壓進而調整風速，隨風速的提升，NOX的排放量也逐漸增大。由于煤粉燃燒器中一次風對周圍空氣形成回流區域提升了回流量，這樣就使很多CH分子團聚集，這將會還原NOX。另外，一次風速的增加使煤粉的著火推遲，這樣就增大了NOX濃度。所以一次風速的提升會增大NOX的含量，進行燃燒調整要保持合理的風速。

3.2 氧量對NOX排放量的影響

氧氣含量的提升增大了鍋爐NOX的排放量，當氧氣的含量提升到一定的程度之后NOX的排放量逐漸保持平穩。鍋爐中氧氣的增加提升了燃燒的強度，這樣就會提升爐膛的溫度，進而增加熱力型NOX的生成量。由于氧氣濃度的提升，燃料中含氮化合物將更易和氧氣反應，從而導致NOX生成量的增加。當氧氣增大到一定的程度之后不再使NOX量增加，反而有一定的減少趨勢。

4、降低NOX生成量的措施

在正常的運行情況下，依據負荷的變化情況進行鍋爐氧量的調整，適當控制鍋爐的氧量，使氧量在較低的供應下燃燒煤粉，即保持低氧燃燒。另外改變鍋爐的送風量以及配風方式，維持風箱壓差在0.1到0.6kPa的范圍，然后進行有計劃的分區燃燒，適當減少燃燒器的中心風量，降低燃燒中心的氧氣濃度，使燃燒中心形成局部的還原區域，從而抑制NOX的生成。在燃燒的過程中，降低一次風母管的壓力，維持一次風母管壓力在8-10kPa左右，適當增加二次風量使氧量供應得到保證，這樣可實現分級燃燒，可降低氮氧化物的生成與排放。還要加強對煤粉細度與NOX的檢測，控制煤粉細度，若發現煤粉細度變大，要及時進行處理，使煤粉細度保持在合理的范圍。若NOX異常升高要及時查找原因，分析是由于故障還是燃燒調整不當導致。

5、結束語

氮氧化物對環境造成的影響非常大，而且對人們的健康也有不利的影響。通過進行鍋爐燃燒調整可在一定的程度上減少氮氧化物的生成量。通過進行相關試驗分析可得到相關參數對氮氧化物生成的影響，這樣可有針對性的采取措施進行排放量的控制。

參考文獻

[1]沈金權. 電廠鍋爐燃燒調整技術的發展與應用[J]. 科技創新與應用， 2017（23）：189-190.

[2]王軍民. 600 MW超臨界鍋爐高溫再熱器管壁溫度偏差大原因分析及調整[J]. 發電設備， 2018， 32（1）：70-74.

[3]彭南豐. 關于火電鍋爐風機節能及氮氧化物減排的研究[J]. 科技創新與應用， 2017（16）：135-135.