如何降低火电厂燃煤机组锅炉烟气中的 NOx

郭雁 1 陈进伟 2 刘阳 3

内蒙古鄂尔多斯市 010070

摘要：随着国民经济迅速发展，能源需求愈大。我国煤炭资源丰富，给我们提供了方便和效益，同时也造成了严重的环境污染，制约着我国经济和社会的可持续发展。本文分析了如何降低火电厂燃煤机组锅炉烟气中的NOx。

关键词：降低；锅炉烟气；NOx

锅炉烟气中所排放的氮氧化物绝大部分是源于煤炭燃烧，近年产生的氮氧化物的排放量呈上升趋势，对社会的危害性不言而喻。

一、降低NOx排放量的方法分析

1.锅炉负荷对NOx排放的影响。NOx排放浓度随锅炉负荷升高而降低，锅炉负荷提高，会引起氧量减少，抑制燃料型和热力型NOx的生成。锅炉负荷的影响，实际上是氧浓度、炉膛温度等多种因素的影响。锅炉负荷降低时炉膛温度也下降，当负荷降低不多时，运行氧量变化不大，因此NOx的排放浓度也下降。

2.运行氧量的影响。燃烧过程中过量空气系数增大，对燃料型NOx和热力型NOx的生成有促进作用。燃料型NOx排放浓度随氧量而增加，热力型NOx排放浓度同样是随氧量而增加。因此综合效果是促进了NOx生成，使NOx排放浓度增加。利用控制氧量、调整二次风量、适时进行炉膛吹灰降低炉温可有效降低氮氧化物排放。

3.炉膛吹灰的影响。炉膛吹灰能提高炉膛的清洁程度，减小水冷壁的传热热阻，降低炉膛温度，炉膛温度降低也影响NOx的排放浓度同时降低。

4.配风方式对NOx排放的影响。（1）AA层风门就地手动调节位置，在纯煤燃烧时为40%左右，煤气混时为60%左右。其AB层30%～45%之间调整，开大时降低上部烟温效果最佳，有效的降低屏过温度。CC2可以在10%～30%之间调整，CC1可以在10%～20%之间调整；炉膛负压以炉膛出口不为正压为原则；（2）低氮燃烧方式NOx对O 2的控制很敏感，建议氧量准确控制在一定的范围；（3）G2不投用时对应的二次风风门尽可能关小，以燃烧器金属温度不超温为准，建议10%左右；（4）一次风喷口离着火点的距离黒区一般30cm为佳，一次风流量尽可能提高一般40000 m 3/h。（5）锅炉低负荷运行煤量少时，一次风阻力小，导致二次风大多数从一次风走，使二次分压降低，所以当锅炉负荷低时，尽可能提高煤量，保证足够的二次风压。（6）工况调整好时，从打焦孔看水冷壁清晰可见，烟气通透好。

二、案例分析

1.炉膛出口烟气中NO x浓度的现状及存在的问题。（1）炉膛出口烟气NO x浓度的现状。锅炉厂设计煤种为烟煤，为WR型浓淡煤粉燃烧器，喷嘴结构采用一次风四周通以周界风，一、二次风间隔布置，每角燃烧器风箱分成13层、顶部附加分离式SOFA喷嘴2层（自下而上第A、B、C、D、E、F层为一次风室，AA、AB、BC、CD、DE、EF、FF层为二次风室），其中第AB、CD、EF层风室内（即A、B，C、D及E、F层燃烧器间的二次风风口中）配有等离子点火。顶部SOFA喷嘴用来控制NO x的排放量，周界风用以冷却一次风喷嘴并控制燃料着火点，锅炉设计有冷炉烟系统。应要求7、8炉安装脱硝系统，与之配套进行了燃烧器改造，即煤粉燃烧器由WR型浓淡煤粉燃烧器改成分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧器，顶部附加分离式SOFA喷嘴由2层增加为4层。改造前炉膛出口NO x浓度450mg/m 3，改造后炉膛出口NO x浓度设计为350mg/m 3，脱硝装置SCR出口NO x浓度低于100mg/m 3，脱硝效率不小于80%，正常情况下，锅炉带70%以上额定负荷运行时，炉膛出口NO x浓度能够达到设计指标，喷氨量正常在80kg/h左右。（2）7、8炉炉膛出口烟气NO x浓度的存在的问题。锅炉在燃用烟煤且负荷达90%以上时，反而出现炉膛出口NO x浓度偏高，经常达到360mg/m 3，当锅炉负荷低于60%额定负荷时，炉膛出口NO x浓度明显升高，在煤质不好、制粉系统故障及减负荷处理缺陷锅炉负荷低于50%额定负荷时，炉膛出口NO x浓度超标比较严重，炉膛出口NO x浓度有时高达450mg/m 3，为了保证SCR出口NO x浓度不超过100mg/m 3，只好提高脱硝效率，喷氨量有时高达120kg/h，使氨消耗量大增，氨逃逸率也明显增大，且炉膛出口烟气的NO x浓度波动较大。

2.炉膛出口烟气NO x浓度高原因的分析。烟气中NO x生成的途径有3种 ：（1）热力型NO x:是空气中氮在高温(1400℃以上)下氧化产生，NO x的生成与氧原子的存在成正比，反应速度随温度的升高而加速，当炉内温度升高到1600℃时，热力型NO x将占炉内NO x总量的25%～30%。（2）快速型NO x:是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NO x，快速型NO x所占比例最小。（3）燃料型NO x:是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NO x，占炉内NO x总量的60%～80%。

3.降低炉炉膛出口烟气中的NO x浓度办法。通过对锅炉燃煤燃烧时生成NO x途径的了解，结合7、8炉的实际情况，有针对性地对燃烧进行调整，以破坏煤粉燃烧时生成NO x的条件，调整方法如：（1）在锅炉燃用烟煤及负荷较大时，炉内温度较高，此时的NO x是燃烧时空气中的N 2和O 2在高温下生成的，属热力型NO x，要减少热力型NO x的生成，可采取以下方法:①减少燃烧最高温度区域范围，在大负荷时适当降低制粉温度，变相降低了燃烧最高温度区域范围，有利于减少NO x的生成。②降低锅炉燃烧的峰值温度，可在大负荷时尽量保持各磨煤机出力一致，及时投用备用粉管，使各个粉管出力均匀，避免个别粉管出力过大，造成局部热负荷过高。③保持氧量在3%左右，减少炉内过剩空气量，避免高温和高氧同在，减少N 2和O 2在高温下生成的NO x机会。（2）在低负荷或停磨煤机的情况下，可采用:①在负荷过低，氧量控制比较困难的情况下，投入冷炉烟系统。冷炉烟系统是将引风机后的烟气通过专用风机打入一次风机入口，由于烟气含氧量低，会降低制粉系统内部的含氧量，变相降低了炉内的氧量，烟气温度较高，有利于煤粉在炉内充分燃烧，耗氧量增加。②对制粉系统进行精心调整，严格控制磨煤机料位在700Pa左右，避免磨煤机料位变化过大，从根本上近距离地控制燃料与空气的接触量，防止空气量过剩，从而防止煤粉燃烧时产生过多的NO x。（3）在燃用挥发较高的褐煤时，可采取调整方式:①保持冷炉烟系统运行，尽量提高制粉系统干燥风温度，减少制粉系统干燥风用量，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NO x的生成。一般氧量每降低1%，可降低NO x排放15～25%，但炉内氧浓度过低(1.5%以下），会增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，使锅炉燃烧效率下降。②控制燃料与空气的前期混合，采用空气分级燃烧，将燃料的燃烧过程分阶段完成，采用倒三角的配风方式。

在保证锅炉燃烧安全的前提下，通过介绍针对不同煤质，不同负荷时采用的低氧燃烧、燃料分级燃烧、采用倒三角配风、严格控制磨煤机料位及充分利用冷炉烟系统等控制燃料和燃烧过程中氧的供给量和供给区间的方法来调整燃烧，可以有效抑制炉内NO x的生成量，即控制炉膛出口烟气中NO x的含量，以达到降低烟气中NO x的目的，得到了比较理想的效果。

参考文献：

[1]王丽.谈改善锅炉燃烧条件降低烟气中的氮氧化物[J].科学之友(B版),2017年02期

[2]陈建.用换向隐函算法模拟燃油辅锅炉炉膛内的流场[A].2017年