鍋爐燃燒調整對氮氧化物排放的影響分析

唐文杰

摘要：隨著社會的不斷發展，人們的環保意識也在不斷增長，再加上近年來國家環保政策的不斷完善，使各類燃煤企業積極審視自身，著手處理硫氧、氮氧等化合物的排放問題。本文從實際出發，對影響氮氧化合物排放量的種種因素進行探究，已找到一種降低污染排放量的切實可行的方案，為以后的實踐活動提供參考。

關鍵詞：鍋爐;燃燒;氮氧化合物;排放影響

各類燃煤企業在處理環境保護問題時面臨的最重要的困難就是要解決在燃燒煤炭時產生的大量硫氧化合物與氮氧化合物組成的煙氣。除此之外，氮氧化合物還會與碳氫化物結合生成對大氣造成嚴重破壞的化學煙霧，酸雨的產生與此也有一定關系。因此，對燃煤企業來說，減少燃燒產生的氮氧化合物是實際踐行環保行為的重中之重。

1鍋爐煤燃燒生成氮氧化物的分類

鍋爐煤在燃燒時生成的氮氧化合物重要組成成分是一氧化氮和二氧化氮，這些氮氧化合物可以統一表達為NOx。實踐證實，鍋爐煤燃燒生成氮氧化合物主要有三種方法：

1.1熱力型氮氧化物

這種氮氧化合物主要生成途徑是空氣中的氮受到高溫環境后發生氧化反應，從而得到氮氧化合物，相關化學反應過程如下：

N2+O2←→2NO2NO+O2→2NO

鍋爐煤燃燒時的溫度在很大程度上會影響熱力型氮氧化合物的產量，若是反應式溫度在1000°C以下，NOx產量很小，當溫度上升至1300°C及以上時，NOx產量會迅速增大。所以溫度是影響鍋爐燃燒時NOx產量的主要因素。在實際生產中，要想有效降低熱力型氮氧化合物的生成，就需要控制鍋爐煤燃燒時爐內溫度不能過高，避免爐內部分區域溫度過高。

1.2快速型氮氧化物

在鍋爐煤燃燒過程中，在一些碳氫化合物較豐富而氧氣含量較少的區域中空氣的氮和煤炭中的碳和氫會結合生成氮氧化物。此種NOx生成量較少，提供過量的空氣或者燃燒溫度過高都會造成快速型NOx的產生。

1.3燃料型氮氧化物

指的是在燃燒過程中燃料經反應后生成的NOx。鍋爐煤在進入爐內開始進行高溫反應時，其中含氮的化合物首先反應生成氰、氨和一些氰根化物，這些產物會揮發至空氣中，稱之為揮發性N;還有一些N元素無法揮發出去，稱之為焦炭N。隨著反應不斷進行，爐內溫度不斷升高，反應燃料細度也在不斷增加，此時燃燒型NOx中揮發性N越來越多，其中氮化合氰和氨會氧化成為NO和NH，其生成物會繼續反應生成N2和OH。因此燃料型氮氧化物是鍋爐煤燃燒生成NOx的關鍵，電廠應該從控制燃料型NOx入手達到全面降低NOx生成量的目的。

2鍋爐煤燃燒生成NOx的原因

2.1燃料成分的影響

①鍋爐煤燃燒生成氮氧化物會隨著燃料成分中碳含量的升高而隨之增加;②在相同條件下固定成分的碳和會揮發的碳含量之比越高，NOx的轉化率就越低也就意味著產生的NOx會越多。③相反，燃料中揮發成分的碳含量越高，產生NOx的量就越少。

2.2爐膛結構的影響

爐膛結構也會在一定程度上對NOx生成量造成影響，其中主要因素包含爐膛型號、燃燒裝置內部結構、爐膛熱負荷等。目前市場中我國發電站所使用的燃燒器類型大多數為空氣分級低NOx技術，這種設備在實際運行中可以有效地減少NOx的排放量。

2.3運行工況的影響

具體包含一次風速、二次風比例、過量空氣系數、鍋爐可以承擔的程度、燃燒材料濃度配比、煤粉粗細等因素。

3 鍋爐燃燒調整對NOx排放量影響分析

3.1一次風速影響

研究時需要將鍋爐的負荷調制為80%額定負荷，在其他條件均不改變的情況下，改變一次風壓，此時一次風速會隨之發生變化。研究結果表明燃燒產生的NOx量會隨著一次風速的升高而增大。原理是燃燒器中的空氣會因為一次風的增大而產生更大的卷吸和引射，從而產生更大的回流區域。在回流區域附近會卷吸進來很多含有CH基團的煙氣，CN基團會還原NOx，從而減少NOx的釋放量。但是相反，一次風速的增加也會延遲燃料點燃的時間，從某種程度上講反而會增加NOx的排放量。總的來說，鎖著一次風速的增加，NOx的釋放量還是會呈現出上升的趨勢，所以在實際生產過程中需要將一次風速控制在一個合理的數值，以保證產生的NOx量最少。

3.2二次風所占比例影響

以使用600MW前后墻對沖燃燒方式為例。保持總風量的條件不改變，調整二次風門開度，使二次風量發生變化，使用開大上部燃燼風層、下部AC層二次風門開度即縮腰的配風方式，這樣對NOx的排放量的降低可以有有顯著的效果。在配風方式上也可以采用倒置寶塔型配風，對NOx排放的減少也有一定作用，原因是倒寶塔型的配風方式可以將燃燒的中心處的二次風量控制到最小，使附近區域的氧氣濃度降到最低，形成富燃料區，在此區域中熱力型NOx和快速型的NOx的生成量得到有效降低。

3.3過量空氣系數影響

改變送風機送風時的風量，會影響空氣系數從而影響省煤器出口處氧氣的含量以達到減少NOx的排放量的目的。實驗表明，NOx排放量會隨著過量空氣系數的增大而增多，原因是過量空氣系數的增大會導致燃燒爐內氧氣增多使爐內火焰中心溫度升高，熱力型氮氧化物排出量增加，爐內氧氣含量也隨之增多，燃燒物的中間產物就會很容易和氧氣發生反應，從而使燃料氮氧化物的的生成量增多，最終導致NOx生成量增多。

3.4鍋爐負荷影響

鍋爐負荷是從排風量或者說氧氣濃度、爐內燃料溫度等因素影響NOx的排放量。從理論的角度講，降低機組負荷可以降低鍋爐的熱負荷從而降低爐內燃料燃燒中心的溫度，最終導致熱力型氮氧化物的生成量減少，與此同時過量空氣系數也會隨之增大，導致燃料型氮氧化物增加，最終結果即無法明顯看到NOx排放量的變化。

3.5分配燃燒器各層煤粉量造成的影響

按照上述配風方法進行煤粉量的重新配比，將上層煤粉量減少，同時增加中下層煤粉量，這樣會使燃料燃燒中心的煤粉量增多，從而使氧氣少燃料多的區域增多，使燃料可以得到充分還原，這樣會使熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的產量均得到減少，故NOx的排放量會隨之減少。

3.6煤粉粗細程度影響

一般情況來看，煤粉細度越高，生成的NOx量就越大。但是若采用分級燃燒，煤粉的細化會使燃料表面積增大，可以使NOx得到更加充分的還原，因此，此時NOx的含量會減少。

4降低鍋爐NOx生成量的具體措施

（1）在日常的生產過程中，可以通過減少一次風母管的壓力從而使二次風量得到適量的增加，這樣爐內氧氣含量會隨之增大，使燃料的分級燃燒得以實現，使NOx的排放量得到減少。

（2）在保證鍋爐燃燒各指標正常的前提下，使鍋爐工作的氧含量限度盡可能降低，即在保證燃燒的需要的同時盡可能的使過量空氣系數減少，使燃燒在低氧狀態下進行。

（3）注意對煤粉粗細程度的控制，保持煤粉細度小于等于15%，若發現煤粉變粗則應迅速檢查原因，一定要將煤粉的尺寸保持在一定的程度內。

（4）強化NOx排放量的實時監控，若發現其排放量存在異常應立即安排排查，通過詳細及時的原因分析找到故障處，保持NOx的排放量不會過大。

參考文獻：

[1]王偉.基于優化燃燒調整降低鍋爐氮氧化物的試驗分析[J].現代工業經濟和信息化，2020，10（12）：66-67.

[2]郭洪義.淺析鍋爐燃燒調整的方法——以大唐國際托克托發電有限責任公司為例[J].內蒙古科技與經濟，2020（18）：86-87.

[3]李強.鍋爐燃燒調整對氮氧化物排放的影響[J].現代工業經濟和信息化，2020，10（06）：64-65.