锅炉运行中降低氮氧化物的措施

2022-03-03 09:52:22| 浏览次数：

【摘要】在目前环保形势下，国家对火电厂提出了更高更严的烟气排放标准，实施超低排放，要求现役机组在基准氧含量6%条件下， NOx排放浓度分别不高于100mg/m3，这就要求现役火电厂积极实施技术改造，并且在运行中采取可行的措施来降低氮氧化物的排放。

【关键词】低NOx燃烧器；降低氮氧化物；运行措施

一、NOx的生成机理有三种：

（1）热力型NOx，是指空气中的氮在超过1500℃的高温下发生氧化反应，温度越高，NOx的生成量越多。如果局部区域的火焰温度很高，将产生大量NOx，这部分NOx占Nox总量的10%-20%。

（2）燃料型Nox，是指燃料中的氮受热分解和氧化生成Nox。主要指挥发分中的氮化合物生成NOx，其占NOx总量的80%-90%，这部分Nox在燃烧器出口处的火焰中心生成。要控制该区域中的NOx的生成量，就应控制燃料着火初期的过量空气系数，使煤粉在开始着火阶段处于缺氧状态，挥发分生成的一部分NOx被还原，这样实际生成的NOx数量可以明显减少。

（3）快速型NOx，是指空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速与氧反应，生成NOx。这部分NOx占Nox总量的5%。

二、降低NOx的理论措施

（1）低过量空气燃烧：低氧燃烧，控制燃烧初期的氧量

（2）空气分级燃烧：空气分级燃烧是将燃烧过程分阶段完成。第一阶段：将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总空气量的70%-80%，相当于理论空气量的80%，此时过量空气系数α<1，使燃料先在缺氧条件下燃烧，在还原性气氛中降低的Nox的反应速率，抑制了在这一燃烧区中的生成量。第二阶段：为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口SOFA称为"燃尽风"喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在"贫氧燃烧"条件下所产生的烟气混合，在α>1的条件下完成全部燃烧过程。

（3）燃料分级燃烧：所有一次风设计喷口为上下浓淡分离形式，中间加装较大的稳燃钝体形式，浓淡燃烧除可降低NOx外，还可对煤粉稳燃、提前着火有积极作用。

（4）烟气再循环

（5）低Nox燃烧器：进行燃烧器改造

三、降低NOx运行中的实际措施

煤粒在炉内的燃烧过程可以分成三个阶段：初始阶段，温度低，反应十分缓慢；挥发分析出着火燃烧阶段，温度急剧升高；焦炭燃尽阶段，氧气浓度减少，氧化反应减慢。三个阶段的NOx的生成或分解反应有所不同：第一阶段，NOx的生成或分解都很少；第二阶段，温度很高，浓度过大，NOx的生成和分解都进行的很快，但NOx的生成反应要快得多，因而NOx浓度急剧增加，也有部分NOx转变成N2，当炉温达到最高值时，NOx浓度也达到最大值；第三阶段，进人焦炭燃尽阶段，氧浓度减少，这时虽然不断的生成焦炭NOx，但是，已经生成的NOx中有部分被焦炭还原分解生成N，而逐渐减少。因此减少燃烧初期氧的供入可降低氮氧化物。

而在正常运行中我们发现二次风门倒三角配风方式NOx排放量最低，而正三角配风方式NOx排放量最高。这种现象可以这样解释：采用倒三角配风方式，在主燃烧区域，锅炉氧量相对较低，因此燃烧的火焰温度也要相对低一些，热力型NOx和燃料型NOx的生成量都减少；在燃烧器上部SOFA燃尽区域送入过量的空气，有助于燃料燃尽，这种配风方式飞灰可燃物是最低的，而且该区域不是主燃烧区域，火焰温度比较低，即使该区域氧量比较大，NOx的生成量也不会增大，因此，总的NOx排放量比较低，这也说明顶部SOFA挡板的投入确实能减少NOx的生成量；由于燃烧区域下部送入风量比较少，对进入炉膛的煤粉顶托能力不够，致使炉渣可燃物含量比较大。采用正三角配风方式，锅炉的主要风量都从炉膛燃烧区域下部送入，使得主燃烧区域氧量比较大，燃烧的火焰温度也相对较高，从而使热力型NOx和燃料型NOx的生成量增加，总的NOx排放量也就增大，但是该配风方式下的炉渣可燃物含量会大大降低。因此可采取以下措施：

（1）低氧燃烧，兼顾汽温，不完全燃烧损失

（2）采用倒三角配風方式，使燃烧初期的氧量尽量降低，即关小下层二次风

（3）关小煤粉层的周界风，可减少燃烧初期氧的供入，但必须保证燃尽风全开保证锅炉效率

（4）尽量维持较低的一次风压，即可降低氮氧化物又能保证煤粉完全燃烧

第四、低NOx燃烧器改造后运行中存在的问题

（1）火焰中心位置提高，汽温，烟温偏高，减温水使用量增大，给水泵长期憋压运行

（2）由于缺氧燃烧，不完全燃烧损失增大，飞灰、炉渣可燃物增大

（3）低负荷运行过程中为保证燃烧氧量4%左右运行，SCR入口氮氧化物偏高400mg/m3致使喷氨量增大，喷氨单耗升高0.5g/kw.h

（4）由于喷燃器改造后截面积增大，送风风压降低，一二次风刚性差，导致受热面积灰严重，进一步使汽温偏高。

通过低氮燃烧器改造，加上SCR脱硝系统，可控制烟尘排放中NOx排放浓度低于国家环保要求的100 mg/m3。

参考文献：

[1]程琳（2014）火电厂大气污染物排放标准及治理现状《环境保护前沿》