鍋爐燃燒調(diào)整對氮氧化物排放的影響

孫作剛 李偉博

摘要：近年來我國環(huán)保排放標準逐漸趨嚴，在燃煤電廠排放的大氣污染物中，氮氧化物（氮氧化物）因為對生態(tài)環(huán)境會造成嚴重破壞，所以成為火電廠重點控制排放指標之一。因此，通過對鍋爐燃燒調(diào)整來減少燃煤電廠氮氧化物的排放污染物刻不容緩。本文主要對燃煤鍋爐氮氧化物生成機制的三種類型進行了介紹，結合超臨界鍋爐在運行中脫硝入口氮氧化物偏高的因素逐項進行研究分析，對火電廠節(jié)能減排有一定的參考價值。

關鍵詞：氮氧化物;燃燒調(diào)整;配風

1氮氧化物的生成機制

煤粉在燃燒過程中會生成三種類型的氮氧化物：一是熱力型氮氧化物，熱力型氮氧化物是空氣中的氮氣與氧氣在高溫下反應生成的。溫度對熱力型氮氧化物的生成具有決定性作用。隨著溫度的升高，并且達到1500℃以上時，熱力型的氮氧化物生成速度迅速增大，熱力型氮氧化物占到總生成量的25%～35%。二是燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物是燃料中的氮化合物在燃燒過程中發(fā)生熱分解，并進一步氧化而生成的。當燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃時，就會產(chǎn)生燃料型氮氧化物，而且燃料型氮氧化物生成不僅與火焰附近氧濃度有關，還與燃燒溫度相關。一般燃料型氮氧化物占到總生成量的75%～90%。三是快速型氮氧化物，快速型氮氧化物是燃料在燃燒時，空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團（如HC）反應生成，其轉(zhuǎn)化率取決于空氣過剩條件和溫度水平。與熱力型和燃料型氮氧化物的生成量相比，快速型氮氧化物的生成量要少很多。氮氧化物的危害性主要如下圖所示。

2影響氮氧化物生成的因素及分析

2.1過量空氣系數(shù)（O2）

氧量與氮氧化物之間的運行曲線圖1所示，發(fā)現(xiàn)隨著鍋爐氧量的升高，脫硝入口氮氧化物也隨之增加，鍋爐氧量降低，脫硝入口氮氧化物也隨之降低。這是因為，富氧燃燒可以使煤粉充分燃燒，有效降低化學不完全燃燒損失，但是由于爐內(nèi)主燃燒區(qū)域的氧量增多，鍋爐燃燒加強，爐膛火焰中心溫度升高，熱力型氮氧化物排出量增加。隨著爐內(nèi)O2增多，燃料中的氮化合物與大量的O2發(fā)生反應進而產(chǎn)生大量的燃料型氮氧化物。所以，在日常的鍋爐調(diào)整過程中，可以在CO生成量在允許范圍內(nèi)盡量保證鍋爐在較低的氧量范圍內(nèi)工作，一方面降低了鍋爐總風量，降低了煤耗，另一方面降低了脫硝入口氮氧化物的濃度，減輕了氨區(qū)耗氨的壓力，也能保證環(huán)保參數(shù)不超限。

2.2磨煤機運行方式的影響

發(fā)現(xiàn)氮氧化物生成量與磨煤機運行方式的改變有很大的關系，通過脫硝入口氮氧化物曲線來看，當A＼B＼＼D＼E＼F（A＼D為下層磨，B＼E為中層磨，C＼F為上層磨）磨煤機運行時，脫硝入口氮氧化物濃度較低，在進行C＼E磨切換時，脫硝入口氮氧化物大幅上升后并保持。這是因為，在啟動C磨煤機（上層磨）時，由于大量的一次風進入爐膛，造成鍋爐氧量在短時間內(nèi)快速增加，脫硝入口氮氧化物濃度也大幅度上升。在停運中層E磨時，脫硝入口氮氧化物還是維持在較高的水平，通過分析，上層磨運行時，一方面是由于煤粉著火位置更接近火焰中心，爐內(nèi)局部熱負荷較高，產(chǎn)生的氮氧化物必然會升高，另一方面是燃盡風與主燃燒器還原區(qū)高度降低，對于氮氧化物還原所需的空間不夠，沒有實現(xiàn)較好的氮氧化物還原作用。因此，在磨煤機運行方式上，要合理安排磨煤機組合方式，應盡量避免停運中、下層磨煤機。

2.3鍋爐配風影響

通過倒寶塔和正寶塔配風對比后，發(fā)現(xiàn)鍋爐氮氧化物排放量會有非常大的變化。試驗表明，采用倒寶塔配風會有效降低鍋爐氮氧化物排放量，而采用正寶塔配風時鍋爐氮氧化物排放量會升高。這是因為采用倒寶塔配風方式，因主燃燒區(qū)域的二次風擋板關小，使得此區(qū)域氧量相對較低，形成富燃料區(qū)，由于煤粉燃燒不是很充分，火焰溫度不高，從而有效的抑制了熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成;而在燃燒器區(qū)域上部，送入過量的空氣，形成富氧區(qū)，有助于煤粉燃盡，由于上部主要是燃盡區(qū)，火焰溫度相對較低，即使該區(qū)域氧量比較大，氮氧化物的生成量也不會增大，因此，總的氮氧化物排放量比較低;采用正寶塔配風方式，鍋爐的主燃燒區(qū)域二次風擋板開大，風量從爐膛燃燒區(qū)域下部送入，使得主燃燒區(qū)域氧量比較大，煤粉燃燒比較充分，而且火焰溫度也相對較高，從而使熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成量增加，總的氮氧化物排放量也就增大。

2.4燃煤煤質(zhì)影響

在燃用高灰分煤種時，脫硝入口氮氧化物濃度會大幅升高。通過分析發(fā)現(xiàn)在鍋爐燃用高灰分煤種時，磨煤機難磨系數(shù)增大，如果在保證煤粉細度不變的情況下，磨煤機運行電流會大幅升高，石子煤排放量也會持續(xù)增多，在運行中防止磨煤機堵磨事件發(fā)生，通常要開大磨煤機熱風調(diào)節(jié)門來增大磨煤機的通風量。由于磨煤機熱風調(diào)節(jié)門逐漸開大，磨煤機出口溫度也會逐漸上升，磨煤機冷風調(diào)節(jié)門在投自動的情況下，逐漸開大參與調(diào)節(jié)，來控制磨煤機出口溫度，由于磨煤機冷風門的開啟，磨煤機通風量增加，所以進入鍋爐鍋爐總風量會增加，這樣必然會導致脫硝入口氮氧化物大幅度上升。所以在運行中最好避免燃用高灰份煤種，如果無法避免，切不可六臺磨煤機全部燃用高灰份煤種，應合理地進行各臺磨煤機配煤摻燒，一是可以有效地降低脫銷入口氮氧化物的生成，二是可以有效地降低磨煤機磨輥及磨盤的磨損量，延長磨煤機運行小時數(shù)。

3結語

通過分析，得出結論：一是采用倒寶塔配風方式，可以降低鍋爐脫硝入口的氮氧化物排放量，但是采用這種配風方式，主燃燒區(qū)氧量大幅降低，長期缺氧運行，會導致鍋爐結焦嚴重，而采用縮腰配風方式，調(diào)整合適的氧量，可以使鍋爐脫銷入口的氮氧化物排放量比較低。氧量調(diào)整的要求，以控制CO生成量在規(guī)定范圍內(nèi)即可。二是加強入爐煤管理，燃煤的灰分和揮發(fā)分變化對鍋爐脫銷入口的氮氧化物排放量影響也比較大，在運行中應加強配煤摻燒，可以有效的降低鍋爐脫銷入口的氮氧化物排放量。三是合理地布置磨煤機運行方式，盡可能的減少上層C＼F磨同時運行，對降低鍋爐脫硝入口氮氧化物排放量非常有效。四是采用煙氣再循環(huán)，在鍋爐空預器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐內(nèi)，或與一次風或二次風混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可以降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進而降低了鍋爐脫銷入口氮氧化物的排放濃度。

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