降低火电厂烟气中NOx浓度的分析

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摘要: 随着我国电力工业的迅速发展，近年来火电装机容量剧增，氮氧化物(NOx)成为火电厂排放的大气主要污染物之一。本文通过研究低NOx排放控制技术,论述了锅炉烟气净化、低NOx燃烧技术措施,是实现降低NOx污染物排放的可靠保证。

关键词: 氮氧化物；方法；降低；烟气再循环；低氮燃烧器；过量空气系数

中图分类号：F470.6 文献标识码：A 文章编号：

0引言

近年来,氮氧化物的危害已经越来越受到人们的关注,治理氮氧化物污染已是大势所趋。目前,世界上降低燃煤锅炉燃烧产生NOx的措施分为两类,即烟气净化技术和低NOx燃烧技术。在我国,烟气净化技术的投资虽然相对较高,但脱除NOx的效率很低,面对日益严格的环保排放标准,增加烟气净化装置势在必行;低NOx燃烧技术则能在不显著增加成本的情况下降低NOx浓度,达到降低净化装置运行费用的目的,值得大力推广应用。

1产生的原因和降低方法

NOx生成的原因:

1)热力型NOx:是空气中氮在高温(1400℃以上)下氧化产生;

2)快速型NOx:是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N,再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx;

3)燃料型NOx:是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NOx,称为燃料型NOx。

降低方法：

1)在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOx含量较多,快速型NOx极少。燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx,燃料中氮并非全部转变为NOx,它存在一个转换率,降低此转换率,控制NOx排放总量,可采取:

(1)减少燃烧的过量空气系数;

(2)控制燃料与空气的前期混合;

(3)提高入炉的局部燃料浓度。

2)热力型NOx:是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx,产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性;然后是高的氧浓度,要减少热力型NOx的生成,可采取(1)减少燃烧最高温度区域范围; (2)降低锅炉燃烧的峰值温度; (3)降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度等措施。具体来说,就是在保证锅炉燃烧安全的前提下,采取以下措施来减少氮氧化物的生成:

(1)低过量空气燃烧

使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15~20%。但如炉内氧浓度过低(3%以下),会增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳量增加,使锅炉燃烧效率下降。因此,在锅炉运行时,应选取最合理的过量空气系数。

(2)空气分级燃烧

基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成,采用倒三角的配风方式。在第一阶段预燃阶段,将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少(相当于理论空气量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α1的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小,抑制NOX的生成效果越好,但不完全燃烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此,为保证既能减少NOX的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性,必须正确组织空气分级燃烧过程。

(3)燃料分级燃烧

在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时,会发生NO的还原反应,重新还原为N2。利用这一原理,将主要燃料送入第一级燃烧区,在α>1条件下,燃烧并生成NOX。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料,其余15~20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α

(4)烟气再循环

目前使用较多的还有烟气再循环法,它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内,或与一次风或二次风混合后送入炉内,这样不但可降低燃烧温度,而且也降低了氧气浓度,进而降低了NOX的排放浓度。但是,在现有设备没再循环就得进行设备改造,还是进行经济性和安全性比较后才能实施。

2 针对本厂氮氧化物高原因分析及采用的降低方法

我厂#6机采用中间储仓式制粉系统，锅炉为单炉膛∏型，平衡通风，四角同心反切园燃烧，摆动燃烧器调温，二次风和辅助风均等配风，燃烧器上部配有两层正切园燃尽风。自从我厂煤电联营后，煤种比较稳定，挥发分含量基本维持在10%-20%。由于负荷升降导致燃烧工况变化，NOx浓度经常超标，平均在740mg/m3左右。目前国家要求新建100MW及以上（供热）机组NOx排放浓度在200mg/m3以下，未安装脱硝系统的机组排放浓度应该在450mg/m3-650mg/m3范围内。所以对于我们燃煤机组的火电厂热电厂减少NOX的排放迫在眉睫。

一、煤粉细度偏大

现状分析：

造成目前煤粉细度大的原因主要有两个：一个是磨煤机的钢球不能满足煤粉细度的出力要求，另一个是粗粉分离器的挡板开度不可调。

应对措施：

（1）改善磨煤机运行工况

通过观察磨煤机电流，判断磨煤机桶内大小钢球是否符合最佳细度的要求。当磨煤机电流有低于90A的现象时，及时联系加装钢球，大中钢球按1：1比例添加。积极调整磨后温度，使其维持在75-80℃，减少冷风用量。

（2）对粗粉分离器进行调整

在我们课题研究之前，#6机的制粉系统粗粉分离器折向门开度约为40度左右，由于调节机构卡涩，运行人员基本不做调整。实际上，折向门的角度对煤粉的细度和均匀性有很大影响。在研究过程中，我们发现只要根据煤种适当地调整折向门开度，煤粉细度就能够得到有效控制，不仅能够降低NOx的排放，而且经济性也得到了提高

二、送风量偏大

现状分析：氧量过大，炉内燃烧区域的供氧加强，燃烧强度增大，炉膛火焰温度升高，热力型NOx的生成量增大。另外，燃烧区域氧浓度增加为燃料中的氮化物燃烧时的热分解产物进一步氧化成NOx提供了条件，从而使燃料型NOx的生成量也增加

应对措施：在不增加化学不完全燃烧热损失的前提下，适当减小氧量，另外开大燃尽风挡板开度，降低火焰上部温度且补偿部分风量供应，将氧量控制在1.8-3之间。这样的调整不仅使燃烧更完全，而且降低了送风机电耗，NOx也能得到有效控制。此外，适当减小一次风压，也有一定的效果

三、配风方式不合理

现状分析：此前普遍采用均等送风。根据运行调整经验，均等送风方式相对稳定，但是燃烧区域比较集中，煤粉燃烧基本是在富氧状态下完成，容易生成NOx。

应对措施：

1、燃料风采用均等送风方式；

2、辅助风AA、AB、BC、CD层采用“倒三角”配风：

（1）若负荷较大需要开启D排：燃尽风开完，减少DD层开度配合汽温辅助调节。

（2）若不需要开启D排：燃尽风保持一定开度，DD层辅助风开度根据NOx排放浓度进行适当调整。

3总结

根据我厂设备情况在不改造设备的条件下并结合上述方法,确保安全燃烧同时采用降低氧量、加大下层煤粉浓度、采用倒三角配风来控制氮氧化物,并兼顾了锅炉运行的经济性,在同负荷和同种煤种的前提下,试验前后燃烧比较NOx降低了22%左右;试验证明采用低氮燃烧技术在降低NOx方面取得了比较明显的效果。但选择合理的NOx控制措施必须兼顾燃烧经济性的影响。

参考文献

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