淺析鍋爐燃燒調(diào)整對氮氧化物排放的影響

劉佳

（國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100）

引言

解決煤燃燒產(chǎn)生的大量煙氣，包括硫和氮氧化物，是燃煤公司最重要的環(huán)保挑戰(zhàn)之一。此外，氮氧化物可以與烴結(jié)合以產(chǎn)生化學(xué)煙霧，這嚴重破壞了大氣。因此，對于燃煤企業(yè)來說，在實際環(huán)境保護實踐中減少燃燒產(chǎn)生的NOx 非常重要。

一、運行原理

電廠操作人員在運行鍋爐時，首先要了解電廠鍋爐運行的基本原理，控制物料輸送、物料動能和熱能燃燒方式、燃燒能量轉(zhuǎn)換的選擇、熟悉控制。發(fā)電廠鍋爐燃燒主要選擇的燃料都是燃煤，以及可替它的物料組合，以便于充分燃燒，在實際工作過程中利用鍋爐以及各種機械設(shè)備實現(xiàn)燃料的運輸以及燃燒過程。煤料和其他材料在電廠鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒并劇烈燃燒，產(chǎn)生材料的化學(xué)能，以及提供給其他汽輪機和其他設(shè)備的動能。通過這種轉(zhuǎn)換方法產(chǎn)生的構(gòu)成電機運行的熱能相對更有效，并且進一步優(yōu)化了電廠的當(dāng)前運行模式。

發(fā)電廠的鍋爐運行原理就是利用燃煤以及其他材料產(chǎn)生的高溫來創(chuàng)造熱量，然后進行熱量的傳遞過程。這些燃燒氣體在運行期間沿著發(fā)電廠帶來大量熱能和燃燒氣體。穿透鍋爐內(nèi)部或水冷壁，在過熱器部分，將爐內(nèi)過熱的熱氣部分在鍋爐內(nèi)重新加熱，產(chǎn)生高溫?zé)煔狻?/p>

這樣就利用了熱能的傳遞性，實現(xiàn)了能量的傳遞，但是同時內(nèi)部的各種構(gòu)件也會受到熱量影響出現(xiàn)性能變化。煙氣連續(xù)輸送到工作部位，經(jīng)過連續(xù)高溫加熱、輻射換熱和對流換熱，然后恒壓產(chǎn)生水蒸汽。

蒸汽引入后，通過汽輪機的蒸汽噴嘴，然后將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為動能來推動汽輪機，熱能轉(zhuǎn)化為一定量的電能。原理上工質(zhì)不同，在強制循環(huán)式火電鍋爐中，鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生的工質(zhì)與其他鍋爐不同，因此外循環(huán)泵只有具備內(nèi)循環(huán)驅(qū)動力才能提供安全。

二、氮氧化物的分類

（一）熱氧化氮

一氧化氮化合物主要是在空氣中被氮氣氧化到高溫環(huán)境中得到一氧化氮化合物。當(dāng)溫度上升到1300C 或更高時，NOx 的含量迅速增加[1]。因此，溫度會影響鍋爐。燃燒過程中NOx 生成的主要因素是，在實際生產(chǎn)中，為了有效減少熱氮氧化物的生成，鍋爐燃燒時，控制溫度不宜過高，以避免局部溫度過高。

（二）快速一氧化氮

在空氣中的燃燒過程中，空氣中的氮氣和氫在空氣中與碳和氫在一些富含烴中的一些區(qū)域形成氮氧化物[2]。NOx 含量很低，空氣供應(yīng)太大，燃燒溫度太高而加速NOx 的產(chǎn)生。

（三）燃料型氮氧化物

當(dāng)鍋爐煤進入爐子開始高溫反應(yīng)時，首先使含氮化合物反應(yīng)以產(chǎn)生氰化物，氨和一些氰化物揮發(fā)為空氣，稱為空氣揮發(fā)性氮。反應(yīng)繼續(xù)，爐溫繼續(xù)上升，并且反應(yīng)燃料的細度仍在繼續(xù)。此時，燃燒NOx 含有越來越多的揮發(fā)性N.煤的燃燒溫度對熱氮的產(chǎn)生非常重要。

三、產(chǎn)生的原因

（一）燃料成分的影響

鍋爐煤產(chǎn)生的NOx 隨著燃料組合物中的碳含量的增加而增加，這意味著產(chǎn)生的NO 越多，燃料揮發(fā)性組分的碳含量越高，而且產(chǎn)生的碳含量越少。

（二）爐體結(jié)構(gòu)的影響

在鍋爐燃燒產(chǎn)生的氣體分析中，鍋爐的整體結(jié)構(gòu)也對生成物有一定程度的影響。關(guān)鍵因素包括爐式，燃燒裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和恒溫器。目前，中國使用的燃燒器類型主要是空氣水平低NOx 技術(shù)?，F(xiàn)在，空氣分級切向直流煤粉燃燒器可以有效地減少實際操作中的NOx 排放。

四、具體分析

（一）一次風(fēng)速效應(yīng)

在研究期間，應(yīng)將鍋爐負荷調(diào)整至其額定負荷的80%。除非其他條件發(fā)生變化，否則一次空氣壓力將發(fā)生變化，一次空氣速度也將相應(yīng)變化。其原理是，由于一次空氣的增加，燃燒室內(nèi)的空氣將產(chǎn)生更大的夾帶和排氣，從而產(chǎn)生更大的回流面積[3]。在一定程度上，風(fēng)速的增加也將延遲燃料點火時間并增加NOx 排放。NOx 由于主要風(fēng)速增加，排放往往會增加，因此在實際生產(chǎn)過程中，有必要以適當(dāng)?shù)闹悼刂瞥跫壙諝馑俣?，以確保產(chǎn)生最小NOx。

為了確保鍋爐負荷、補充方式、含氧量組合和燃煤電廠組合保持不變。試驗后，由于二次波紋管與爐膛壓差大、二次風(fēng)大、動量大、剛性強，當(dāng)二次波紋管與爐膛壓差增大時，鍋爐的NOx 排放比其他情況下要低。后部空氣靠近噴嘴，然后由二次空氣夾緊，射流軌跡彎曲形成旋轉(zhuǎn)的扇形表面，由于高燃燒溫度，熱NOx的產(chǎn)生相對較高，這增加了NOx 的總排放。當(dāng)次要波紋管和NOx 之間的壓力差增加時，燃料燃燒期間燃料溫度降低，這有利于控制熱NOx 的產(chǎn)生。相反，如果次要波紋管和套索之間的壓力差低，則二次空氣的速度低，速度小，剛性較弱，因此二次空氣將迅速混合主要空氣。將這些中間體在氧氣存在下進一步氧化成NOx 并在燃料中形成。隨著NOx 內(nèi)容的增加，總NOx 排放增加。

（二）二次風(fēng)所占比例影響

以600MW 燃燒為例，采用閉合方法來維持總停滯，并調(diào)節(jié)二次空氣門的開口以改變二次空氣的溫度并減少燃料層和調(diào)整二次風(fēng)門開度。倒置寶塔型配風(fēng)也可以在風(fēng)法中使用，這在降低NOx 排放時起著一定的作用，因為最小化了燃燒中心中的二次空氣量，降低了相鄰區(qū)域中的氧氣濃度，形成最小燃料地區(qū)，有效地減少了這一領(lǐng)域的NOx。

確保鍋爐負荷，空氣供應(yīng)模式，爐之間的差壓，燃煤裝置的裝配方式等保持不變。通過實驗，發(fā)現(xiàn)隨著氧氣的增加，鍋爐的NOx 發(fā)射也增加，但隨著氧含量的增加在一定程度上，NOx 排放的增加逐漸平坦，因為隨著增加氧氣，爐中燃燒區(qū)域中的氧氣供應(yīng)增加，燃燒強度增加，因此爐中的火焰溫度增加，熱NOx 的產(chǎn)生增加。燃燒區(qū)中氧濃度的增加還提供了燃料中氮化合物的熱解產(chǎn)物的進一步氧化的條件，這也增加了燃料的NOx 的產(chǎn)生，從而增加了總NOx 排放。然而，隨著連續(xù)的氧氣含量的增加，輸送到鍋爐的空氣量如此大，保障燃燒區(qū)中的火焰溫度降低，從而減少了熱NOx 的產(chǎn)生，因此，NOx 的總排放減少，這樣就使得總共得氮氧化物產(chǎn)量趨于平穩(wěn)，氧氣的連續(xù)增加，NOx 的出產(chǎn)量也往往會降低，但是在一定范圍內(nèi)變化。

（三）過量空氣的影響

改變風(fēng)機的空氣會影響空氣系數(shù)，空氣系數(shù)會影響輸出端口的含氧量，從而減少NOx 排放。實驗表明，當(dāng)過量空氣系數(shù)增加時，NOx 排放增加。由于過量空氣系數(shù)增加了爐內(nèi)的氧氣，爐內(nèi)火焰中心溫度升高，熱氮氧化物排放增加，爐內(nèi)溫度升高，燃燒產(chǎn)物的中間產(chǎn)物容易與氧氣反應(yīng)，增加燃料中氮氧化物的生成[4]。

在測試之前，必須確保鍋爐負荷，氧氣量，爐之間的差壓以及粉碎機的組合不會改變。測試結(jié)果表明，常規(guī)三角形閥分配模式具有最高的NOx，倒三角形閥分配模式具有最低的NOx 排放。原因主要是因為在倒三角空氣分配模式下，爐中的氧含量低，主燃區(qū)中的燃燒火焰溫度低，熱NOx 和燃料NOx 的產(chǎn)生很低。

（四）鍋爐燃燒器開度

多余的空氣被輸送到燃燒器區(qū)域的頂部，鍋爐燃燒器的設(shè)計提供了多余的燃燒空氣，以幫助燃料燃燒余燼。通過分析鍋爐系統(tǒng)最近的運行情況，使用倒三角形空氣分配方法發(fā)現(xiàn)飛灰可燃物的數(shù)量。此時，由于上部區(qū)域不是鍋爐的主要燃燒區(qū)域，且火焰溫度相對較低，因此所有助燃空氣都打開，這表明熱空氣的輸入實際上可以減少NOx 的生成量[5]。然而，由于燃燒區(qū)的較低遞送量的少量空氣，粉碎機進入爐子的支撐能力不足，導(dǎo)致爐渣中的高量可燃材料，以及使用剛性三角形的使用鍋爐主空氣從爐子燃燒區(qū)域的下部發(fā)送，在主燃燒區(qū)中不可避免地產(chǎn)生大量的氧氣，火焰溫度也相對較低，主燃燒區(qū)的高位置，從而減少熱氮氧化物和燃料氮氧化物，含量增加，氮氣總排放也增加了這種空氣分配方法的火焰含量顯著降低。

（五）鍋爐負荷影響

從排氣，氧濃度，燃料溫度的方面，鍋爐負荷從鍋爐的熱負荷降低，從而降低了爐燃料燃燒中心的溫度，并最終降低了鍋爐的熱負荷，并產(chǎn)生了熱氮氧化物，過量的空氣系數(shù)增加，這樣使得燃燒過程變化，燃料型的碳氧化物生產(chǎn)增加，最終分析結(jié)果NOx 的排放量增加。

（六）煤粉量

當(dāng)根據(jù)粉煤粉粉末的量增加粉碎式粉碎煤粉的量時，燃料燃燒中心中的粉煤的量增加了較低的氧氣和燃料。減少了熱氮氧化物和燃料的生產(chǎn)氮氧化物，減少了NOx排放。

（七）煤粉粒度的影響

通常，粉煤的粒度越大，產(chǎn)生的NOx 的量越大，但在分階段的燃燒的情況下，燃料的表面積被添加導(dǎo)致NOx 減少。

五、減少的具體措施

在日常生產(chǎn)過程中，通過減小壓力可以提高二次空氣量，并且可以相應(yīng)地增加爐中的氧含量，以實現(xiàn)燃料的分階段燃燒，減少NOx 排放并實現(xiàn)正常鍋爐燃燒指數(shù)。它可以降低鍋爐的氧氣含量限制，有必要確保燃燒，最小化過量的空氣系數(shù)并使燃燒保持低氧狀態(tài)，注意干燥的控制，將煤粉粒度保持在一定水平，加強對NOx 排放的實時監(jiān)測，在異常排放時立即消除故障，并詳細分析缺陷原因，及時分析缺陷，以防止NOx 排放超過標準。

在確保負載和燃燒穩(wěn)定性的前提下，適當(dāng)?shù)亟档偷撞棵耗C的負載擋板，盡可能減少底部煤磨機的輸出，從而降低NOx 排放濃度，加強對粉煤的監(jiān)測細度控制，以確保粉煤細度在合格范圍內(nèi)。當(dāng)單位負荷大于400MW 時，燃燒空氣的開口不得小于40%；當(dāng)負荷大于450MW 時，隨著負荷的增加，燃燒空氣的開度不小于50%[6]。逐漸將燃燒風(fēng)門打開至全開狀態(tài)，實現(xiàn)階段性粉碎，同時減少飛灰含碳量的顯著增加，保持機組運行的經(jīng)濟性，加強NOx 在線監(jiān)測，及時查找原因。

采用清洗系統(tǒng)對爐內(nèi)輻射熱交換進行清洗，改進后對流受熱面?zhèn)鳠嵩黾?。因此，風(fēng)扇的功耗也相應(yīng)降低。在提高給水溫度時，可以增加燃料以保持鍋爐蒸發(fā)量恒定?？刂圃O(shè)備上的負載可降低給水的溫度，同時降低鍋爐排氣的溫度。如果煤粉太細，容易影響溫度調(diào)節(jié)，增加制粉系統(tǒng)的功耗，因此染色后的煤粉會使火箭重心下移，從而適當(dāng)調(diào)整鍋爐排煙溫度，降低煤粉溫度，起到保證吸力，減輕機組負荷的作用。

六、結(jié)束語

總之，有許多方法可以控制NOx 排放，可用于生產(chǎn)。在相同的總空氣量的前提下，通過減小警報和采用收縮或倒塔空氣的壓力，可以降低NOx 排放，可以降低鍋爐的氧氣含量，促進燃料燃燒水平，實現(xiàn)NOx 排放控制，以確保NOx 排放的實時監(jiān)測。