降低Nox之我見(jiàn)

高世祺

甘肅大唐國(guó)際連城發(fā)電有限責(zé)任公司

1 .氮氧化物的生成機(jī)理

在煤的燃燒過(guò)程中，NOx的生成量和排放量與燃燒方式，特別是燃燒溫度和過(guò)量空氣系數(shù)(即氧量)等密切相關(guān)。燃燒形成的NOx可分為燃料型、熱力型和快速型3種。其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不計(jì)。

(1)熱力型NOx，指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒Ox。當(dāng)爐膛溫度在1350℃以上時(shí)，空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卤谎趸蒒Ox，當(dāng)溫度足夠高時(shí)，熱力型NOx 可達(dá)20 %。過(guò)量空氣系數(shù)和煙氣停留時(shí)間對(duì)熱力型NOx 的生成有很大影響。

(2)燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過(guò)程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化而生成NOx。其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。過(guò)量空氣系數(shù)越高，NOx的生成和轉(zhuǎn)化率也越高。

(3)快速型NOx，指燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反應(yīng)生成NOx。主要是指燃料中碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的烴，與燃燒空氣中的N2 發(fā)生反應(yīng)，形成的CN和HCN繼續(xù)氧化而生成的NOx。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳?xì)淙剂蠒r(shí)才予以考慮。

2 .我公司鍋爐燃燒設(shè)備情況

燃燒器采用四角布置切向燃燒、百葉窗分離水平濃淡煤粉燃燒器。采用雙切圓布置方式，假想切圓直徑分別為Φ548mm和Φ1032mm的逆時(shí)針切圓。

燃燒器所配制粉系統(tǒng)形式為中速磨、冷一次風(fēng)機(jī)、正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5臺(tái)中速磨(其中1臺(tái)備用)，磨煤機(jī)型號(hào)為HP823。

每角燃燒器共布置13層噴口。燃燒器噴口從上往下依次為OFA—2—1—2(油 )—1—2—2—1—2(油 )—1—2(油 )—1—2。 正 常運(yùn)行時(shí)，一層一次風(fēng)噴口及其相鄰的部分二次風(fēng)噴口停運(yùn)。燃燒器的3層二次風(fēng)噴口內(nèi)布置了燃油裝置。燃燒器一次風(fēng)噴口中心線之間的距離為1650mm，上一次風(fēng)噴口中心線距屏底距離為19580mm，下一次風(fēng)噴口中心線距冷灰斗拐點(diǎn)距離為4023mm。燃燒器所有噴口均可上下擺動(dòng)30度，用于調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度

為了綜合解決鍋爐高溫腐蝕、低NOx排放和保證較低的不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷，本工程煤粉燃燒器所有一次風(fēng)噴口均采用百葉窗分離水平濃淡燃燒器。這種燃燒器利用百頁(yè)窗式煤粉濃縮器使流過(guò)的煤粉氣流在水平方向上形成濃淡兩股氣流，濃煤粉在向火側(cè)，淡煤粉在背火側(cè)，從而形成水平濃淡偏差燃燒，濃氣流由于煤粉濃度高，著火熱大大降低，因此容易著火；加上一次風(fēng)噴口中還布置有V型錐體，既能推遲濃煤粉氣流與淡煤粉氣流的混合又能造成煙氣回流區(qū)增加一次風(fēng)吸卷高溫?zé)煔獾哪芰?，大大增加了一次風(fēng)的著火能力。同時(shí)由于粗煤粉多在濃側(cè)，而這部份煤粉首先參與燃燒，因此這種燃燒方式還有利于煤粉的燃盡。此外這種燃燒方式還能同時(shí)起到降低NOx生成及防止?fàn)t膛結(jié)焦的作用。

針對(duì)NOX的生成量主要受燃燒的化學(xué)當(dāng)量比影響的特點(diǎn)，我公司鍋爐燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)主要采取了如下措施：

①采用了濃淡燃燒器。濃淡煤粉氣流各自遠(yuǎn)離燃料的化學(xué)當(dāng)量比燃燒，濃煤粉氣流是富燃料燃燒，由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)份析出速度加快，造成揮發(fā)份析出區(qū)域缺氧，從而達(dá)到低NOX排放的目的。而淡煤粉氣流是貧燃料燃燒，燃燒區(qū)域溫度水平低，也抑制了NOX的生成。

②整個(gè)燃燒器采用分級(jí)送風(fēng)的方式，在燃燒器頂部布置燃盡風(fēng)(OFA)噴口。這樣，在主燃燒區(qū)域形成低氧量甚至微還原性的燃燒氣氛，抑制NOX的生成，在燃燒后期送入燃盡所需的部分空氣。

③燃燒器噴口分成上下兩組并拉開(kāi)適當(dāng)距離并且單只一次風(fēng)噴口熱功率較小，可以降低主燃燒區(qū)的尖峰溫度。

采用以上措施，可將鍋爐NOX排放控制到550mg/Nm3。

3 .降低NOx排放技術(shù)措施

3.1 氧量控制：過(guò)量空氣系數(shù)的調(diào)整與控制是降低NOx排放濃度的有效措施。低氧燃燒能降低爐內(nèi)燃燒溫度，抑制并還原N0x，降低N0x排放。而從燃燒角度講，增加氧量有利于飛灰燃盡，降低固體不完全燃燒熱損失，但到一定值后，再增加氧量對(duì)降低未完全燃燒損失沒(méi)有效果。而氧量增加 會(huì)使排煙損失明顯增加，造成鍋爐效率降低。考慮我公司燃煤特性和保證鍋爐燃燒安全穩(wěn)定，建議將氧量控制在小于2.5～3.5%范圍內(nèi)較合 理，機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將氧量控制到低限，有利于降低NOx排放，鍋爐效率也比較高。

3.2 頂部燃燼風(fēng)(OFA)控制：空氣分級(jí)燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入，使第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)在0.8左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOx的生成。同時(shí)，燃燒生成的CO與NO進(jìn)行還原反應(yīng)，以及燃料N分解成中間產(chǎn)物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作用或與NO還原分解，抑制了燃料型NOx的生成。在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)，將燃燒用的空氣的剩余部分以二次空氣輸入，成為富氧燃燒區(qū)。此時(shí)空氣量雖多，一些中間產(chǎn)物被氧化生成NO，但因火焰溫度低，生成量不大，因而總的NOx生成量是降低的，最終空氣分級(jí)燃燒可使NOx生成量降低30%～40%。當(dāng)采用空氣分級(jí)燃燒后，火焰溫度峰值明顯比不采用空氣分級(jí)燃燒時(shí)降低，故熱力型NOx降低。

建議頂部燃燼風(fēng)EE1、EE2的開(kāi)度控制在50～90%，正常情況下頂部燃燼風(fēng)EE1、EE2的開(kāi)度不低于50%，有利于降低NOx排放，也可降低飛灰。在開(kāi)大頂部燃燼風(fēng)的同時(shí)，可適當(dāng)關(guān)小下部輔助風(fēng)的開(kāi)度，建議開(kāi)度不低于50%，即可保證鍋爐燃燒安全穩(wěn)定，也利于降低NOx排放。

3.3 制粉系統(tǒng)控制：富燃料燃燒，由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)份析出速度加快，造成揮發(fā)份析出區(qū)域缺氧，從而達(dá)到低NOX排放的目的。建議一次風(fēng)壓控制在8～9KPa，一次風(fēng)壓及風(fēng)煤比控制在低限運(yùn)行(正常風(fēng)煤比1.5～2.0，新疆廣匯煤1.8～2.0)，適當(dāng)提高下層磨得出力和降低上層磨出力(機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行且汽溫情況較好時(shí)，可停運(yùn)E磨)，以提高煤粉濃度和煤粉細(xì)度，即可提高燃燒器著火、燃燒的穩(wěn)定性，也可抑制NOX的熱生成。

3.4 燃燒器擺動(dòng)對(duì)NOx排放的影響：由于鍋爐存在汽溫偏低問(wèn)題，運(yùn)行中通常采用上擺燃燒器的方法提高汽溫，燃燒器上擺使得爐膛火焰中心上移、爐膛出口煙溫升高，利于氣溫調(diào)整，燃燒器上擺角度較大時(shí)，會(huì)使NOx熱生成明顯增加，在對(duì)控制NOx排放不利。在運(yùn)行調(diào)整中要注意兩者之間的平衡。

3.5 運(yùn)行方式變化對(duì)NOx排放的影響：機(jī)組加、減負(fù)荷，磨煤機(jī)啟、停，給煤機(jī)斷煤或磨煤機(jī)跳閘等運(yùn)行方式的變化，都會(huì)使氧量大幅波動(dòng)，從而造成NOx突升，極有可能使NOx排放超標(biāo)。運(yùn)行人員要高度重視，機(jī)組加、減負(fù)荷及磨煤機(jī)啟、停操作中要超前控制，給煤機(jī)斷煤或磨煤機(jī)跳閘時(shí)及時(shí)采取有效措施(適當(dāng)減少送風(fēng)量、一次風(fēng)量)控制氧量穩(wěn)定，以保證NOx達(dá)標(biāo)排放。

3.6 采取低氧燃燒及空氣分級(jí)燃燒的調(diào)整方式，能有效抑制NOx的熱生成，降低NOx排放，但也會(huì)產(chǎn)生汽溫偏低、飛灰及爐渣升高等方面對(duì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的不利影響，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可能影響燃燒穩(wěn)定。因此運(yùn)行人員在控制NOx達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，要摸索積累調(diào)整方法及經(jīng)驗(yàn)，掌握好環(huán)保與機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的平衡，保證NOx達(dá)標(biāo)排放，努力提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.7 集控運(yùn)行人員加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中環(huán)保指標(biāo)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)NOx排放超過(guò)550mg/Nm3時(shí)，及時(shí)進(jìn)行有效調(diào)整控制，必要時(shí)可適當(dāng)犧牲運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，將NOx排放控制到600 mg/Nm3以下。

3.8 脫硫監(jiān)盤值班人員要加強(qiáng)NOx排放數(shù)據(jù)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)NOx排放數(shù)據(jù)超過(guò)550mg/Nm3時(shí)，及時(shí)電話通知機(jī)長(zhǎng)、主值加強(qiáng)調(diào)整。

4 .結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于各電廠燃煤煤質(zhì)的不同，NOx的調(diào)整方式也略有不同，以上方式僅可作為參考，實(shí)際運(yùn)行中還需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

[1]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程.甘肅大唐國(guó)際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2015年

[2]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機(jī)組集控輔機(jī)規(guī)程.甘肅大唐國(guó)際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2015年

[3]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機(jī)組集控DCS控制及保護(hù)規(guī)程.甘肅大唐國(guó)際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2015年

[4]張彥鋒、周斌、梁超.3號(hào)、4號(hào)機(jī)組(2×330MW)脫硝改造工程SCR脫硝系統(tǒng)培訓(xùn)教材.甘肅大唐國(guó)際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2013年

[5]邱廣明，王俊杰，孫喜平.燃煤電廠的脫硝技術(shù)研究Ⅱ——降低燃煤鍋爐NOx排放量的技術(shù)及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2001

[6]唐濤.通過(guò)燃燒調(diào)整降低NOx排放及減少?gòu)S用電[J].全國(guó)火電600mw級(jí)機(jī)組能效對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽年會(huì)，2013

[7]王頂輝.煤粉鍋爐燃燒特性及降低氮氧化物生成的技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)(北京)華北電力大學(xué)，2014

[8]王少波.660MW火電機(jī)組降低NOx排放試驗(yàn)研究[J].華北電力大學(xué)(北京)華北電力大學(xué)，2013