低NOX燃烧技术在1025t/h锅炉中的应用浅析
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摘要：阐述了热力型、燃料型和快速型氮氧化物（nox）的生成机理，并以1025t/h锅炉为对象，分析了锅炉在进行燃烧调整过程中二次风箱与炉膛压差、配风方式、氧量、磨煤机组合运行方式等因素对NOx排放量的影响，得出结论：采用水平浓淡燃烧技术、在燃烧器顶部布置燃尽风，以及进行燃烧调整优化，可降低锅炉NOx的排放量。最后指出，应在不影响锅炉效率的情况下，对燃烧进行调整优化，来达到减少NOx排放的目的。
关键词：锅炉 NOx排放 燃烧调整
1 生成机理[1]
NOx主要指NO和NO2，其次是N2O3，N2O，N2O4和N2O5。在发电厂锅炉的煤粉燃烧过程中，NOx的形成途径主要有两条：一是有机地结合在煤中的氮化物在高温火焰中发生热分解，并进一步氧化而生成NOx；二是供燃烧用的空气中的氮在高温状态与燃烧空气中的氧发生化合反应而生成NOx。NOx的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备、煤种、炉内温度水平和氧量、运行方式等有关。
煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型，即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。
1.1 热力型NOx的生成 热力型NOx主要由锅炉燃烧时助燃空气中的氮气在高温下氧化而成。试验表明，在燃烧温度低于1500℃时，几乎不能生成热力型NOx。但超过1500℃后，反应速率迅速增加，这时反应温度是决定性因素，故称为热力型NOx。在高温下生成NOx总的反应式为
N2+O22NO
2NO+O22NO2
由于温度大于1000℃时NO2开始分解为NO，所以热力型NOx的主要成分为NO。
1.2 燃料型NOx的生成 燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%～80%。一般认为，燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化而生成的，同时还存在NO的还原反应。燃料型NOx的生成和还原机理相当复杂，至今仍无法解析清楚。燃料型NOx的生成可用下式表示：
燃料型NOx的生成和还原不仅与煤种的特性、煤中氮化合物存在的状态、煤中的氮热分解时在挥发分和焦碳中分配的比例和各自的成分有关，还与氧的浓度、燃烧温度相关。
1.3 快速型NOx的生成 快速型NOx的生成是通过燃料产生的CH原子团撞击N2分子，生成HCN类化合物，再进一步氧化而生成的，这个反应很快，所以称为快速型NOx。快速型NOx的生成可由以下式子表示：
CH+N2HCN+N
HCN+O(O2，OH)NO+H2(H)+CO
温度对快速型NOx的生成影响很小，与热力型和燃料型NOx的生成量相比，快速型NOx的生成量要少得多。
2 三河二期锅炉设备概况[2]
三河发电有限责任公司二期工程#3、＃4机组采用东方锅炉（集团）股份有限公司制造的DG1025/18.2-Ⅱ6型锅炉。锅炉型式为亚临界参数、自然循环汽包炉、一次中间再热、平衡通风、四角切圆燃烧方式、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、单炉膛∏型布置。
锅炉装有两台三分仓空气预热器。每台预热器配备主、辅两套驱动电机，均采用变频控制。锅炉通风方式为平衡通风，两台液力耦合器调速双吸离心式引风机、两台动叶可调轴流式送风机、两台液力耦合器调速离心式一次风机。
每台炉设置20只低NOx燃烧器，四角布置，分级配风，切圆燃烧，OFA反切消旋，减小两侧气温偏差。五台ZGM95N中速磨煤机、五台电子称重式皮带给煤机。
锅炉同时配有烟气脱硝、脱硫系统。脱硝系统采用氨法SCR脱硝工艺。
控制与降低NOx生成技术措施有很多种：降低过量空气系数和燃烧用热空气温度；烟气再循环；浓淡偏差燃烧；空气分级燃烧等方法。
在煤炭燃烧过程中产生的氮氧化物NOx主要包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2），以及少量N2O等。常规燃烧方式所生成的NOx中，NO占90％，NO2占5％～10％，N2O仅占1％左右。因此，NOx的生成与排放量主要取决于NO。根据NOx生成机理，煤炭燃烧过程中所产生的氮氧化物量与煤炭燃烧方式、燃烧温度、过量空气系数和烟气在炉内停留时间等因素密切相关。
下面通过对1025t/h锅炉运行中一些数据的对比，分析低NOx燃烧技术在实际中的应用。
3.1 过量空气系数影响 降低过量空气系数，在一定程度上会起到限制反应区内氧浓度的目的，因而对NOx的生成有明显的控制作用，采用这种方法可使NOx生成量降低15％～20％。随着一、二次风量减少，N被氧化的速度降低，NOx排放量也相应下降。如表1所示，在其他条件相同的条件下，随着二次风量的减少，生成的NOx量也相应减少。
3.2 燃烧温度影响 燃烧温度对NOx排放量影响很大，随着炉内燃烧温度的提高，NOx排放量上升。含氮量越高，燃料中氮向气相释放的量越低．过量空气越大、火焰温度越高时，这种负效应越明显。但燃烧温度的影响往往与负荷率的变化、火焰中心集中程度的因素有关。
3.3 磨煤机投运情况 为了有效控制NOx排放，削弱NOx生成环境，二次风送入点上部应维持富氧区，下部应维持富燃料区，因此应尽可能的投入下层燃烧器运行，有利于降低NOx的生产，如表2所示。
可见当其他条件相同的情况下，磨煤机A、B、C运行时明显要比磨煤机A、C、D运行时产生的NOx少。
另外在负荷允许的情况下尽可能减少磨煤机的运行台数，也可以大大降低NOX的生成量。如表3所示，在相同负荷，其他条件相同情况下，三台磨煤机运行要比四台磨煤机运行时产生的NOx少；这主要是因为提高了喷燃器出口煤粉浓度，相对地反应区氧浓度降低。
3.4 配风的影响 调整各二次风门开度，如开大OFA，可实现二次风的分级配风，降低主燃烧区氧气浓度，也可以降低NOx的产生，如表4所示。
同时，一次风率提高时，二次风送入点的下部还原性气氛减弱，CO浓度下降，NOx被还原分解的速率降低，使NOx生成量增加。
3.5 负荷率影响
表5所示，负荷从150MW涨到300MW,虽然煤量和风量随着负荷的增加而增加，OFA二次风门的开度也逐渐开大，炉膛温度也逐渐上升，但NOx的生成量却有所下降。这是因为随着煤量的增加，喷燃器出口煤粉浓度增大，风煤的比例反到下降，限制了NOx的生成。而在220MW时其它条件不变的条件下，多运行了一台磨煤机，使煤粉浓度下降，NOx大量生成。同理，负荷从220MW升到300MW，NOx的生成量也有下降趋势。通过表中数据分析得知，在众多因素中，喷燃器出口煤粉浓度起主要决定作用。
4 结论
在机组正常运行中，应在不影响锅炉效率的情况下，对燃烧进行调整优化，我们可以采取以下的调节来降低NOx。
4.1 在保证锅炉燃烧稳定，燃烧良好的条件下，适当降低二次风量，减小过量空气系数，减小烟气中的含氧量及尾部受热面处的烟温。
4.2 在磨煤机正常运行的前提下，降低一次风压力，降低一次风速率。
4.3 为了使炉膛能够维持燃烧时上部富氧区，下部富燃料区的条件，以及降低煤粉燃烧时的温度，应尽量开大OFA层二次风挡板，尽量保持下层磨煤机运行。
4.4 220MW以下尽可能维持三台磨煤机运行，维持喷然器出口煤粉浓度，不至于煤粉浓度过低而产生大量的NOx。
参考文献：
[1]全能值班员技能提升指导丛书，锅炉分册，2008年1月.
[2]300MW机组集控运行规程，三河发电厂，2007年12月.