火電廠鍋爐高效超低NOx排放控制技術研究

楊帆

(陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司,陜西西安 710018)

火電廠鍋爐高效超低NOx排放控制技術研究

楊帆

(陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司,陜西西安 710018)

氮的氧化物對人體具有很大的傷害作用,火電廠是NOx排放的主要場所,國家對火電廠的NOx排放明確提出了嚴格的排放標準,以控制其對NOx的排放量。本文對火電廠的超低NOx燃燒技術進行了相關分類,然后對其應用中存在的問題進行了分析,同時結合了國外NOx排放控制技術的最新研究成果,提出了火電廠鍋爐高效超低NOx排放控制技術的相關方法,以期對我國火電廠的NOx排放降低提供有效的參考資料。

火電廠 高效超低NOx排放 控制技術 研究

氮的氧化物是大氣污染物之一，嚴重影響人體健康，給人們的生活帶來了嚴重的危害。它不僅會直接對人體的健康構成危害，而且在空氣中或陽光下還會發(fā)生一些化學反應，產(chǎn)生相應的物理和化學作用，產(chǎn)生一系列變化造成環(huán)境的惡化。比如，它的產(chǎn)物之一NO2結合空氣中的水滴，在最終形成雨水的時候隨雨水降落，形成酸雨，使土壤酸化而不能種植植物，落到人體上還會使人體產(chǎn)生一些病變，危害極大。而目前我國的大多火電廠都是以燃煤為主，排放了大量的NOx氣體，給環(huán)境帶來了巨大的危機。對NOx排放的有效控制是火電廠工作正常運行的首要問題。

1 火電廠鍋爐高效超低NOx排放的控制技術

長期以來，我國的能源結構始終以煤為主，78%左右的電力裝機是以煤為燃料的火電機組，發(fā)電量的84%來自煤電，這一結構給環(huán)境保護帶來了巨大的挑戰(zhàn)。 根據(jù)中國環(huán)境規(guī)劃研究院的研究，我國的環(huán)境容量氮氧化物為1200噸。而從2009年的排放數(shù)據(jù)來看，僅電力行業(yè)就已經(jīng)排放了近1400噸氮氧化物，排放量早已超過國家環(huán)境容量上限。 以燃煤為主要動力的火電廠對超低NOx排放技術的應用已十分廣泛，對任何一個單一的低氮燃燒技術的最高脫氮率都不低。為了更多地降低NOx的排放，相關研究人員已研究出一些技術，但是這些技術降低NOx排放沒有產(chǎn)生疊加的效果，而且采用組合低NOx燃燒的技術往往會伴隨有CO排放的濃度和飛灰含碳大幅度增加的現(xiàn)象。現(xiàn)階段，火電廠鍋爐NOx排放控制技術在技術集成上已經(jīng)得到了較大的發(fā)展。結合國際上最新的低氮燃燒技術，本文提出了控制火電廠鍋爐對NOx排放的超低排放技術，就是雙分級再還原技術。這種技術綜合利用了空氣分級、燃料分級和煙氣凈化等方法，可以有效使多種超低NOx技術達到優(yōu)勢互補的效果，已有相關實驗數(shù)據(jù)表明這種技術的脫硝率可以達到很高。

1.1 以煤粉為再燃燒料的雙分級再還原低NOx燃燒技術

這種技術以煤粉為再燃燒的主要燃料，同時結合了傳統(tǒng)的再燃技術與爐膛整體空氣分級以及選擇非催化還原技術，在實際的應用中，將氨水或者尿素等還原劑噴進再燃區(qū)，從而可以大幅度地降低NOx的排放量，同時還可以有效控制飛灰粉塵等問題。另外，在再燃的過程中，在應用這項技術的條件下所生成的CO在很大程度上擴大了脫硝的范圍，因此氨水后者尿素的噴入位置不會對脫硝率產(chǎn)生很大的影響。應用該技術最大的優(yōu)點在于，它的在燃料比約為10%，相比于富燃料燃燒，其比率明顯較低，而且其中存在的相關問題也會得到一定程度的解決。另外，如果將無機鹽催化劑同時噴入再燃區(qū)，就會具有更高的脫硝率。近來有學者研究指出，同時將尿素和乙酸鈣溶液共同噴入再燃區(qū)，具有同時降低NOx和SOx的作用。對于燃燒貧煤或者無煙煤的鍋爐，通常會采用中間倉儲式熱風送粉系統(tǒng)，由于三次風噴口的少量細粉具有一定的還原作用，因此，這時這些細粉可以將NOx部分還原。鍋爐在運行時，可以利用部分停運燃燒器噴嘴，同時也可以使煤粉通過在燃燒從而降低NOx的排放。

1.2 以燃氣為在燃燒料的雙分級再還原低NOx燃燒技術

這種方法以燃氣作為在燃燒料，主要有兩種技術方法：其一就是選擇性非催化劑和燃氣一起噴入；其二是燃氣風將氨水或者尿素一起送入爐膛。這種燃燒技術對NOx排放的降低原理與以煤粉為燃燒料的方法相同，在將燃氣加入的時候，采用的是在燃氣旋流式送入，這樣可以有效控制飛灰可燃物問題，同時使脫硝率達到百分之九十以上。

1.3 以生物質為在燃燒料的雙分級在還原低NOx燃燒技術

有關實驗證明：木材的燃燒效果和煤粉及燃氣的效果大致相同。如果用木材作為再燃燃料，就可以有效實現(xiàn)對NOx的排放的自然控制，因為木材本身不含氮，從根源上消除了NOx排放的問題；同時可以有效降低SOX的排放，同樣的原因，是由于木材不含硫；此外，由于木材生物質是一種可再生能源，如果用生物質燃料代替化石燃料，就會大大降低CO2的排放，減少了溫室效應的影響。另外，這項技術的脫硝率也同樣很高，可達到百分之九十左右。

2 火電廠鍋爐降低NOx排放的相關系統(tǒng)改造的注意事項

(1)低氮燃燒器的改造需要遵循一定的原則，即安全、經(jīng)濟和環(huán)保，保持或改善鍋爐已有的應用性能是需要關注的首要問題。采用低氮的燃燒技術，不能以降低鍋爐的效率為代價；不能忽視空氣過度分級帶來的經(jīng)濟損失問題以及設備的安全問題。

(2)在應用低氮燃燒方法引起的飛灰含碳量升高問題是較為常見的，同時也是低NOx控制技術能否獲得成功的重要因素，將低氮燃燒和高鍋爐效率之間的矛盾進行合理的解決，以及對煤粉粒徑的合理選取和先進的爐內(nèi)燃燒組織技術都是相當重要的。

(3)對鍋爐的原有性能、原有煤種、現(xiàn)場改造條件需要進行詳細的實驗分析和評估，從而確定最經(jīng)濟和合理的NOx排放控制標準和燃燒器的改造原則。

(4)深入了解應用比較廣泛的鍋爐燃燒器，并吸取經(jīng)驗；對使用壽命比較低的低氮燃燒器要有明確的技術要求；對燃燒器改造后的氣溫、壁溫和減溫水等的變化情況進行有效的評估；對鍋爐的結渣性和煤種的適應性要進行評估；清楚了解性能保證值和實際運行值之間的差距并界定好對目標值的界定條件；精確控制燃燒器的風量和粉量，同時維持各角的燃燒均衡；合理確定鍋爐各負荷段的NOx排放濃度；對技術經(jīng)濟進行充分的比較；配備智能化的優(yōu)化控制軟件。

3 火電廠鍋爐超低NOx排放控制技術的經(jīng)濟性分析和前景展望

任何一種技術都需要考慮相應的經(jīng)濟問題，這是保證技術水平的同時必須嚴格考慮的問題。通常情況下，總費用中包括投資費用和年度運行費用，投資費用中又包括反應設備與試劑等相關費用。

一般，三大系統(tǒng)主要包括煤粉燃燒系統(tǒng)、循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)以及水煤漿燃燒系統(tǒng)，在常規(guī)的煤粉燃燒系統(tǒng)中，按照NOx燃燒生成的三個階段所分別運用的控制技術，相比于其他兩種控制技術來說，NOx的減排量比較少，盡管如此，其相應的改造投資的資金量和工程量也是最低的。然而爐內(nèi)還原NOx技術和尾部煙氣控制處理技術的減排量雖然比較高，而且環(huán)保效果也相對較好，但是設備的改造和所需的資金投入問題和前者相比較，還是處于下風，特別是第三種控制技術，其投資和運行費用相當高。因此，通常情況下，大多數(shù)的電廠都是采用第一種或第二種方法相結合的方法來綜合實現(xiàn)兩種控制技術的減排效果和資金投入，如果這樣進行改造時仍然不能滿足排放標準的要求，那么就需要考慮使用尾部煙氣控制的處理辦法。

雖然各種降低NOx排放的技術不斷涌現(xiàn)，而且也有效果明顯的方法，但是考慮到技術設備、試劑以及施工的成本運行方面，就很難達到火電廠的綜合預期目標。而且面對環(huán)保方面的嚴格要求，電廠在選擇同時兼顧生產(chǎn)與環(huán)保共同的問題時，資金就成為制約其發(fā)展的重要限制因素。因此，降低NOx排放的技術會向兩個方向發(fā)展：首先，需要對原有的技術進行優(yōu)化，例如由于現(xiàn)用的催化劑價格昂貴，要降低生產(chǎn)成本，需要研究出價格更低的催化劑，代替現(xiàn)有的催化劑，或者是超低NOx燃燒器聯(lián)合SNCR使用進行聯(lián)合脫硝，同時結合低NOx燃燒器的運行成本和建設成本的優(yōu)勢以及兩者的低氮排放，從而達到NOx排放控制的高效和低投入的效果。其次，企業(yè)需要繼續(xù)加大對新的低NOx控制技術的研究力度，從而實現(xiàn)火電廠鍋爐的低NOx排放的高目標的突破。

4 結語

火電廠的NOx排放對環(huán)境的危害不僅會對人體產(chǎn)生直接的負面作用，而且還會對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生嚴重的威脅，對于控制NOx排放的相關技術的研究尤為重要。其中，主要應用的有以煤粉、燃氣和木材生物質為燃燒料的雙分級再還原低NOx控制技術，將對控制火電廠鍋爐NOx的排放產(chǎn)生良好的效果。

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