鍋爐中氧含量對煙氣氮氧化物折算的影響

趙博

摘要：燃煤鍋爐運行中，NOx是主要大氣污染物之一。本文分析了鍋爐中氧含量對煙氣氮氧化物折算的影響。

關鍵詞：氧含量；氮氧化物折算；影響

含氧量直接影響氮氧化物的產(chǎn)生，間接影響到氮氧化物折算值的變化。無論是直接的還是間接的影響，含氧量對氮氧化物的影響都是呈一種正比關系，在一定的控制范圍內，氮氧化物隨含氧量的升高而升高，隨含氧量的降低而降低。當?shù)趸镎鬯阒党瑯藭r，可加大化原劑的噴射量直接降低實測值，使折算值下降，從而達標排放，同時當實測值沒有超標時，在可控的范圍內降低含氧量，使折算值下降，從而達標排放。

一、氮氧化物的生成

燃煤鍋爐在燃燒過程中產(chǎn)生的NOx，可采用SCR（選擇性催化還原）和SNCR（選擇性非催化還原）2種技術進行處理。目前，大多數(shù)廠家采用SNCR（選擇性非催化還原）技術進行無公害處理。選擇性非催化還原是指無催化劑的作用下，在適合脫硝反應的工況位置，噴入還原劑與煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學反應，還原為無害的氨氣和水。采用NH3作為還原劑，在溫度為850～1050℃的范圍內，還原NOx的化學反應方程式主要為4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O；4NH3+2N0+202=3N2+6H2O；8NH3+6NO2=7N2+12H2O。

煙氣中NOx的生成反應過程相當復雜，煤在燃燒過程中生成NOx的途徑有3種：

1、熱力型NOx生成的主要控制因素是溫度，溫度對熱力型NOx生成速率的影響呈指數(shù)函數(shù)關系。在1350℃以下時，熱力型NOx的生成量很少，隨著溫度的升高，NOx生成量迅速增加，當溫度達到1600℃時，熱力型NOx的生成量占爐內NOx生成總量的25～30%。另外影響熱力型NOx生成的重要因素是反應環(huán)境中的氧濃度和燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)的停留時間，NOx生成速率與氧濃度的平方根成正比，燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)的停留時間越長，熱力型NOx生成量越大。

2、燃料型N0x的生成。燃料型NOx指燃料中的氮化合物在燃燒過程中經(jīng)過一系列的氧化-還原反應而生成的NOx，它是煤燃燒過程中所生成NOx的主要來源，在燃煤鍋爐中，燃料型NOx約占NOx生成總量的80%～90%。煤燃燒過程生成的揮發(fā)分HCN、NHi與自由基O、OH、02等的氧化反應以及焦炭N的氧化反應都生成燃料型NOx（主要是NO），同時生成的NO又與揮發(fā)分HCN、NHi等發(fā)生還原反應生成N2。

3、快速型?？焖傩蚇Ox是通過燃料產(chǎn)生CH原子團撞擊N2分子，生成CN類化合物，再進一步氧化成NO，這個反應進行得很快，所以稱之為快速型NOx。快速型NOx只有在富燃的情況下發(fā)生，其生成量一般占總NOx生成量的5%以下。

另外，快速型NOx是燃料燃燒時產(chǎn)生的烴（CHi）等撞擊燃料中的N2分子生成CN、HCN，再進一步與氧氣作用以極快的速度生成，其形成時間只需要60ms，所生成的量與爐膛壓力O.5次方成正比，與溫度的關系不大。

二、氮氧化物折算值的計算

煙氣中NOx的生成反應離不開氧氣的參與，氧氣的含量影響NOx的生成，這可以從煙氣監(jiān)測的實測值中直接反映出來，間接影響NOx的折算值。氧氣的含量高，生成的NOx就會增加，則實測值增加，折算值增加；氧氣的含量低，生成的NOx就會減少，則實測值減小，折算值降低。

含氧量對氮氧化物折算值的另一個影響是直接的。這個可從氮氧化物折算值的計算公式中分析了解得到。

三、含氧量對折算值的影響

假定氮氧化物實測值不變，從換算后的公式中分析可得到煙氣含氧量增大，分母變小，折算值增大；煙氣含氧量降低，分母變大，折算值降低。

某75t/h循環(huán)流化床鍋爐運行時，檢測二組煙氣數(shù)據(jù)。

對第一組數(shù)據(jù)進行分析，假定氮氧化物實測值為71mg/m3不變，若煙氣含氧量每增加0.1%，即含氧量分別為11.25%、11.35%、11.45%、11.55%、11.65%、11.75%、11.85%；那么，氮氧化物折算值分別為109.23mg/m3、110.36mg/m3、111.52mg/m3、112.70mg/m3、113.90mg/m3、115.14mg/m3、116.39mg/m3。比假定折算分別增加1.11、2.24、3.4O、4.58、5.78、7.01、8.27。相鄰折算值差分別為11.1、1.13、1.16、1.18、1.21、1.23、1.26。

對第二組數(shù)據(jù)進行分析，假定氮氧化物實測值為84.01mg/m3不變，若煙氣含氧量每增加0.1%，即含氧量分別為12.98%、13.08%、13.18%、13.28%、13.38%、13.48%、13.58%，那么氮氧化物折算值分別為157.13、159.11、161.14、163.23、165.37、167.57、169.83。比假定折算分別增加1.94、3.92、5.95、8.04、10.18、12.38、14.64。相鄰折算值差分別為1.94、1.98、2.03、2.09、2.14、2.20、2.26。

從以上數(shù)據(jù)中可得出，假定氨氧化物實測值不變的前提下，在一定范圍內，含氧量升高，折算值升高，且升高的幅度漸漸增大。相同的含氧量增幅，實測值大的，折算值增幅大；實測值小的，折算值增幅小。假定氮氧化物實測值不變的前提下，在一定范圍內，含氧量降低，折算值降低，且降低的幅度逐漸縮小。相同的含氧量降幅，實測值大的，折算值降幅大；實測值小的，折算值降幅小。

四、對策實施

1、防治爐膛漏風

1）加強爐本體及制粉系統(tǒng)的捉漏及堵漏工作：在運行過程中，嚴格執(zhí)行巡檢制度，發(fā)現(xiàn)漏點時，聯(lián)系檢修及時處理；若運行期間不易處理，則做好記錄，在停爐檢修時，消除漏點。

2）運行中保持合理的系統(tǒng)負壓：運行中嚴格控制鍋爐爐膛負壓在規(guī)程規(guī)定的O～-50 Pa，并盡量靠低運行，以減少本體漏風：對制粉系統(tǒng)，控制磨煤機入口負壓在-200～-400 Pa.盡量避免超限運行，以減少漏風。

2、避免含氧量過高

1）嚴格按規(guī)程操作，控制過?？諝庀禂?shù)在合理范圍內：正常運行時控制鍋爐煙氣含氧量在3.1%～3.5%。啟、停制粉系統(tǒng)過程中可允許含氧量在3.1%～4.0%波動，避免長時間在高含氧量情況下運行，操作完畢后將含氧量控制在3.1%～3.5%，根據(jù)氮氧化物變化情況盡量調整至氧量下限運行。

2）定期檢查儀表是否正常，一旦發(fā)現(xiàn)指示不正常，及時聯(lián)系維修。

3、控制磨煤機運行方式

1）啟、停制粉系統(tǒng)時，保證鍋爐燃燒平穩(wěn)，保證含氧量及一次總風壓穩(wěn)定，根據(jù)參數(shù)變化及時調整，嚴禁大幅調整給粉機轉速，避免造成鍋爐燃燒工況大幅變化。

2）幾套制粉系統(tǒng)不得同時啟停，啟停時間盡可能錯開交叉。

4、控制煤粉細度

1）根據(jù)操作規(guī)程，控制制粉系統(tǒng)各項參數(shù)在合理范圍：包括制粉系統(tǒng)負壓、磨煤機出口溫度。

2）保證足夠通風量，合理配風，保證足夠的干燥劑用于干燥煤粉，同時盡量提高磨煤機出口溫度。

3）運行中注意觀察磨煤機電流變化，及時添加鋼球，保證磨煤機的出力。

五、結語

總之，在燃煤鍋爐運行中，氮氧化物是大氣污染的主要物質，其嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，危害到人類的健康。因此，如何有效地消除NOx污染己成為目前環(huán)境保護領域中令人關注的課題。

參考文獻

[1]趙惠富.污染氣體NOx的形成和控制[D].北京：科學出版社，2014.

[2]吳碧君.燃燒過程中氮氧化物的生成機理[J].電力環(huán)境保護，2015.

[3]董偉鶴.鍋爐氮氧化物減排研究[D].中國科學技術大學，2014.

（作者單位：陜西渭河發(fā)電有限公司）