燃煤电厂氮氧化物的形成及控制方法

鲍宏

摘要：随着我国经济的快速发展和能源生产与消费量的急速增长，氮氧化物排放量也随之增加，由于氮氧化物可以在大气层中长距离输送，引起的全球性或区域性污染问题也日渐突出。如果对此不加以控制，将引起严重的环境污染，特别是燃煤电厂需要采取有效的措施严格控制其排放量。

氮氧化物是大气中主要的气态污染物之一，包括多种化合物,如氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。其中N2O3、N2O4、N2O5很不稳定,常温下很容易转化成NO和NO2。大气中含量较高的氮氧化物主要包括N2O、NO和NO2。其中,NO和NO2是大气中主要的氮氧化物。

燃煤电厂产生的氮氧化物主要来源于燃烧过程，造成大气污染的主要污染源之一。从燃烧系统排出的NOx有95%以上是NO，其余主要是NO2。

1、燃烧过程中氮氧化物的形成原理：

燃烧过程产生的NOX主要有NO和NO2,另外还有少量N2O，在煤的燃烧过程中，NOX的生成量与燃烧方式特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。在煤质特性中，影响 NOX排放量的主要因素包括：含氮量、挥发分含量、氮在挥发分和焦中的比例、 水分和灰分含量等。煤质特性显著地影响锅炉 NOX 的排放量，但锅炉 NOX 的排放准确预测比较困难，

这主要因为电厂锅炉的氮氧化物（NOX）生成不但与煤质特性有关，而且与燃烧方式及系统、锅炉容量 等锅炉结构因素和炉内燃烧温度、氧浓度等运行工况条件等有关。

对于煤粉锅炉，煤质特性对锅炉 NOX 排放起着决定性的影响，它不仅影响锅炉 NOX的排放量，而且影响低 NOX燃烧技术降低 NOX排放量的效果。

按生成机理分类，燃烧形成的NOX可分为燃料型、热力型、快速型3种。

1、燃料型：氮氧化物是燃料中所含有的氮元素，在燃烧过程中与空气中的氧结合后生成的氮氧化物。显然,燃料型氮氧化物与热力型氮氧化物不同，它的氮元素来源于燃料，而不是空气中的氮。生成量占据电厂锅炉 NOX排放的主导地位，约占 80～90 %；它与燃料特性以及锅炉运行状况关系密切。煤粉炉中燃料型 NOX的生成量与温度关系不大，但显著地受氧浓度的影响。

2、热力型：是指空气中的N2与O2在高温条件下反应生成NOX。温度对热力型NOX的生成具有决定性作用。随着温度的升高，热力型的NOX生成速度迅速增大。以煤粉炉为例，在燃烧温度为1350℃时，几乎百分之百生成燃料型NOX，在超过1500℃时，温度每增加 100℃，

氮的氧化反应速率将增大 6～7 倍。

3、快速型：主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2发生反应，形成的CH和HCN等化合物继续被氧化而生成的NOX在燃煤锅炉中，快速型NOX生成量很少。

2、氮氧化物的控制方法：

1. 煤质的影响：在燃尽条件下忽略灰分对NOX排放量的影响, 则NOX 排放量主要受燃料氮含量的影响。2过量氧量的影响：随着入炉氧量的增加, 炉内燃烧区域供氧量也增加, 燃烧 强度加强, 使炉内局部火焰温度上升, 为燃料氮转化 为燃料 NOX提供了条件; 同时, 入炉氧量的增加及局部高温也导致热力 NOX迅速上升, 因此, 总的NOX生成量随着入炉氧量的增加而增加。当入炉 总风量增加到一定数量后, 由于风量过大而导致局部炉温降低, 此时总的 NOX 排放量将随着氧量的增加而降低。总之, NOX 排放量先随入炉氧量的增加而增加, 而后有所降低。3、分级配风的影响：采用 分级燃烧, 煤粉在主燃烧区处于贫氧燃烧，在顶部燃尽风区, 通入过量的空气,采用 OFA分级燃烧技术降低锅炉的氮氧化物排放量。4、选择合适的燃烧器：采用 WR 燃烧器, 由燃烧器 喷出的煤粉气流分为浓淡 2 部分, 采用 高浓度的理念就是提高火焰区挥发分浓度以减少 NOX的生成。4、燃烧调整：1、及时调停制粉系统，尽量减少制粉系统低煤量运行，提高磨煤机出口风粉温度，提高中间层制粉系统出力，将一次风冷风流量调整至最低等方式降低一次风对SCR入口NOX的影响。2、辅助风、SFOA风调整为辅助手段，关小中间燃烧器辅助风开度，收腰送风方式，开大SFOA风开度等，减少主燃烧区域过剩空气含量。3、在制粉系统启、停及切换过程中，定期维护工作要求等提前做好准备工作，尽量杜绝大风量暖磨、冷却现象。必要时进行手动干预。防止SCR入口NOX突升。

3、结论

锅炉 NOX排放量于煤质、锅炉设计和燃烧运行调节有很大关系，从燃煤电厂锅炉 NOX 生成原理分析得到：锅炉氮氧化物（NOX）生成不但与煤质特性有关，而且与燃烧技术、炉温、氧浓度、锅炉容量、锅炉结构以及运行工况等因素有关。因此，针对燃用煤种，通过进行锅炉低 NOX燃烧优化调整，是控制锅炉 NOX排放行之有效的方法。