鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)氮氧化物排放的影響分析

唐文杰

摘要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)也在不斷增長(zhǎng)，再加上近年來(lái)國(guó)家環(huán)保政策的不斷完善，使各類燃煤企業(yè)積極審視自身，著手處理硫氧、氮氧等化合物的排放問(wèn)題。本文從實(shí)際出發(fā)，對(duì)影響氮氧化合物排放量的種種因素進(jìn)行探究，已找到一種降低污染排放量的切實(shí)可行的方案，為以后的實(shí)踐活動(dòng)提供參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐;燃燒;氮氧化合物;排放影響

各類燃煤企業(yè)在處理環(huán)境保護(hù)問(wèn)題時(shí)面臨的最重要的困難就是要解決在燃燒煤炭時(shí)產(chǎn)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(huì)與碳?xì)浠锝Y(jié)合生成對(duì)大氣造成嚴(yán)重破壞的化學(xué)煙霧，酸雨的產(chǎn)生與此也有一定關(guān)系。因此，對(duì)燃煤企業(yè)來(lái)說(shuō)，減少燃燒產(chǎn)生的氮氧化合物是實(shí)際踐行環(huán)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(shí)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(tǒng)一表達(dá)為NOx。實(shí)踐證實(shí)，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(huán)境后發(fā)生氧化反應(yīng)，從而得到氮氧化合物，相關(guān)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：

N2+O2←→2NO2NO+O2→2NO

鍋爐煤燃燒時(shí)的溫度在很大程度上會(huì)影響熱力型氮氧化合物的產(chǎn)量，若是反應(yīng)式溫度在1000°C以下，NOx產(chǎn)量很小，當(dāng)溫度上升至1300°C及以上時(shí)，NOx產(chǎn)量會(huì)迅速增大。所以溫度是影響鍋爐燃燒時(shí)NOx產(chǎn)量的主要因素。在實(shí)際生產(chǎn)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(shí)爐內(nèi)溫度不能過(guò)高，避免爐內(nèi)部分區(qū)域溫度過(guò)高。

1.2快速型氮氧化物

在鍋爐煤燃燒過(guò)程中，在一些碳?xì)浠衔镙^豐富而氧氣含量較少的區(qū)域中空氣的氮和煤炭中的碳和氫會(huì)結(jié)合生成氮氧化物。此種NOx生成量較少，提供過(guò)量的空氣或者燃燒溫度過(guò)高都會(huì)造成快速型NOx的產(chǎn)生。

1.3燃料型氮氧化物

指的是在燃燒過(guò)程中燃料經(jīng)反應(yīng)后生成的NOx。鍋爐煤在進(jìn)入爐內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行高溫反應(yīng)時(shí)，其中含氮的化合物首先反應(yīng)生成氰、氨和一些氰根化物，這些產(chǎn)物會(huì)揮發(fā)至空氣中，稱之為揮發(fā)性N;還有一些N元素?zé)o法揮發(fā)出去，稱之為焦炭N。隨著反應(yīng)不斷進(jìn)行，爐內(nèi)溫度不斷升高，反應(yīng)燃料細(xì)度也在不斷增加，此時(shí)燃燒型NOx中揮發(fā)性N越來(lái)越多，其中氮化合氰和氨會(huì)氧化成為NO和NH，其生成物會(huì)繼續(xù)反應(yīng)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(guān)鍵，電廠應(yīng)該從控制燃料型NOx入手達(dá)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(huì)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(huì)揮發(fā)的碳含量之比越高，NOx的轉(zhuǎn)化率就越低也就意味著產(chǎn)生的NOx會(huì)越多。③相反，燃料中揮發(fā)成分的碳含量越高，產(chǎn)生NOx的量就越少。

2.2爐膛結(jié)構(gòu)的影響

爐膛結(jié)構(gòu)也會(huì)在一定程度上對(duì)NOx生成量造成影響，其中主要因素包含爐膛型號(hào)、燃燒裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)、爐膛熱負(fù)荷等。目前市場(chǎng)中我國(guó)發(fā)電站所使用的燃燒器類型大多數(shù)為空氣分級(jí)低NOx技術(shù)，這種設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中可以有效地減少NOx的排放量。

2.3運(yùn)行工況的影響

具體包含一次風(fēng)速、二次風(fēng)比例、過(guò)量空氣系數(shù)、鍋爐可以承擔(dān)的程度、燃燒材料濃度配比、煤粉粗細(xì)等因素。

3 鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)NOx排放量影響分析

3.1一次風(fēng)速影響

研究時(shí)需要將鍋爐的負(fù)荷調(diào)制為80%額定負(fù)荷，在其他條件均不改變的情況下，改變一次風(fēng)壓，此時(shí)一次風(fēng)速會(huì)隨之發(fā)生變化。研究結(jié)果表明燃燒產(chǎn)生的NOx量會(huì)隨著一次風(fēng)速的升高而增大。原理是燃燒器中的空氣會(huì)因?yàn)橐淮物L(fēng)的增大而產(chǎn)生更大的卷吸和引射，從而產(chǎn)生更大的回流區(qū)域。在回流區(qū)域附近會(huì)卷吸進(jìn)來(lái)很多含有CH基團(tuán)的煙氣，CN基團(tuán)會(huì)還原NOx，從而減少NOx的釋放量。但是相反，一次風(fēng)速的增加也會(huì)延遲燃料點(diǎn)燃的時(shí)間，從某種程度上講反而會(huì)增加NOx的排放量?？偟膩?lái)說(shuō)，鎖著一次風(fēng)速的增加，NOx的釋放量還是會(huì)呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要將一次風(fēng)速控制在一個(gè)合理的數(shù)值，以保證產(chǎn)生的NOx量最少。

3.2二次風(fēng)所占比例影響

以使用600MW前后墻對(duì)沖燃燒方式為例。保持總風(fēng)量的條件不改變，調(diào)整二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度，使二次風(fēng)量發(fā)生變化，使用開(kāi)大上部燃燼風(fēng)層、下部AC層二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度即縮腰的配風(fēng)方式，這樣對(duì)NOx的排放量的降低可以有有顯著的效果。在配風(fēng)方式上也可以采用倒置寶塔型配風(fēng)，對(duì)NOx排放的減少也有一定作用，原因是倒寶塔型的配風(fēng)方式可以將燃燒的中心處的二次風(fēng)量控制到最小，使附近區(qū)域的氧氣濃度降到最低，形成富燃料區(qū)，在此區(qū)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(guò)量空氣系數(shù)影響

改變送風(fēng)機(jī)送風(fēng)時(shí)的風(fēng)量，會(huì)影響空氣系數(shù)從而影響省煤器出口處氧氣的含量以達(dá)到減少NOx的排放量的目的。實(shí)驗(yàn)表明，NOx排放量會(huì)隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增大而增多，原因是過(guò)量空氣系數(shù)的增大會(huì)導(dǎo)致燃燒爐內(nèi)氧氣增多使?fàn)t內(nèi)火焰中心溫度升高，熱力型氮氧化物排出量增加，爐內(nèi)氧氣含量也隨之增多，燃燒物的中間產(chǎn)物就會(huì)很容易和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而使燃料氮氧化物的的生成量增多，最終導(dǎo)致NOx生成量增多。

3.4鍋爐負(fù)荷影響

鍋爐負(fù)荷是從排風(fēng)量或者說(shuō)氧氣濃度、爐內(nèi)燃料溫度等因素影響NOx的排放量。從理論的角度講，降低機(jī)組負(fù)荷可以降低鍋爐的熱負(fù)荷從而降低爐內(nèi)燃料燃燒中心的溫度，最終導(dǎo)致熱力型氮氧化物的生成量減少，與此同時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)也會(huì)隨之增大，導(dǎo)致燃料型氮氧化物增加，最終結(jié)果即無(wú)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(fēng)方法進(jìn)行煤粉量的重新配比，將上層煤粉量減少，同時(shí)增加中下層煤粉量，這樣會(huì)使燃料燃燒中心的煤粉量增多，從而使氧氣少燃料多的區(qū)域增多，使燃料可以得到充分還原，這樣會(huì)使熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的產(chǎn)量均得到減少，故NOx的排放量會(huì)隨之減少。

3.6煤粉粗細(xì)程度影響

一般情況來(lái)看，煤粉細(xì)度越高，生成的NOx量就越大。但是若采用分級(jí)燃燒，煤粉的細(xì)化會(huì)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(shí)NOx的含量會(huì)減少。

4降低鍋爐NOx生成量的具體措施

（1）在日常的生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)減少一次風(fēng)母管的壓力從而使二次風(fēng)量得到適量的增加，這樣爐內(nèi)氧氣含量會(huì)隨之增大，使燃料的分級(jí)燃燒得以實(shí)現(xiàn)，使NOx的排放量得到減少。

（2）在保證鍋爐燃燒各指標(biāo)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(shí)盡可能的使過(guò)量空氣系數(shù)減少，使燃燒在低氧狀態(tài)下進(jìn)行。

（3）注意對(duì)煤粉粗細(xì)程度的控制，保持煤粉細(xì)度小于等于15%，若發(fā)現(xiàn)煤粉變粗則應(yīng)迅速檢查原因，一定要將煤粉的尺寸保持在一定的程度內(nèi)。

（4）強(qiáng)化NOx排放量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)其排放量存在異常應(yīng)立即安排排查，通過(guò)詳細(xì)及時(shí)的原因分析找到故障處，保持NOx的排放量不會(huì)過(guò)大。

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