1、電站燃煤鍋爐降低 NOx 排放的措施了解爐內(nèi) NOx 生成機(jī)理以及低 NOx 燃燒控制技術(shù), 對(duì)于掌握鍋爐 NOx 排放特性很有幫助, 特別是 對(duì)于進(jìn)行過(guò)低氮燃燒器改造的廠。因?yàn)楹芏嗳朔从钞?dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí), SCR 入口氮氧化物波動(dòng)大,不知道 如何進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。 這樣造成噴氨量增加, 脫硝成本也跟著上去了。 本文能給運(yùn)行技術(shù)人員控制 NOx 排放 具有指導(dǎo)意義。火電廠是大氣污染物 NOx 的主要排放源。 目前國(guó)內(nèi)燃煤電廠普遍采用的 NOx 控制技術(shù)有兩 類:一種為爐內(nèi)通過(guò)合理組織燃燒,控制燃燒過(guò)程中 NOx 生成量;另一種為爐外降低煙氣 中的 NOx 含量的煙氣脫硝技術(shù)。目前很難通過(guò)低氮燃燒技

2、術(shù)滿足排放法規(guī)的要求,但是通 過(guò)減少爐內(nèi)的 NOx 生成量可以降低煙氣脫硝裝置的運(yùn)行成本。因此必須將低氮燃燒和煙氣 脫硝兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。煙氣脫硝技術(shù)主要是利用還原劑 (液氨、 氨水、 尿素 在催化劑的作用下, 還原燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的 NOx , 主要有選擇性催化還原法 (SCR和選擇性非催化還原法 (SNCR兩種煙氣脫硝技術(shù)。目前使用較多的是液氨做還原劑的選擇 性 催化還原法。煤粉爐燃燒過(guò)程中主要生成 NO 和 NO 兩種氮氧化物,其中 NO 約占 95%以上。根據(jù) NOx 生成機(jī)理的不同煤粉燃燒過(guò)程中可分為熱力型、燃料型和快速型三種:熱力型 NOx 大量生 成的溫度區(qū)域

3、主要位于 1000以上; 快速型 NOx 主要是燃料中 CH 基團(tuán)與空氣中氮?dú)夥磻?yīng), 生成含 N 的中間產(chǎn)物,隨后被氧化為 NO ;燃料型 NOx 主要是燃燒過(guò)程燃料中的氮部分受 熱分解隨著揮發(fā)份的析出而析出,剩余部分留在焦炭中。煤中的含氮量約在 0.43%,這些氮在燃燒中被分解后釋放,形成 HCN 等中間產(chǎn)物,通過(guò) 與 OH 、 O 、 O2等進(jìn)行反應(yīng),一部分轉(zhuǎn)換為 NO ,其余的還原成 N 。因此,燃煤中的含 N 量越高, 燃燒過(guò)程中煤中 N 轉(zhuǎn)化為 NOx 也就越多。 燃料中的氮在較低的溫度下就可以分解, 因此溫度對(duì)燃料型 NOx 的生成量的影響較小。煤粉燃燒過(guò)程中生成的燃料 NOx 源

4、于煤中揮發(fā)分所含氮和焦炭所含氮, 焦炭中的氮向 NOx 的轉(zhuǎn)換率很低,主要還是揮發(fā)分中的氮燃燒生成 NOx 。影響揮發(fā)分中 NOx 生成量的主要因素有著火過(guò)程中揮發(fā)分析出量、氧濃度、停留時(shí)間。揮 發(fā)份析出量取決于煤種和熱解溫度, 揮發(fā)份析出量高, 揮發(fā)份 NOx 也多; 揮發(fā)份 NOx 含量 隨著氧濃度的增加而增加,隨著氧濃度的降低還原作用增強(qiáng),揮發(fā)份 NOx 含量降低;正常 燃燒工況過(guò)量空氣系數(shù)大于 1時(shí), NOx 含量隨著停留時(shí)間的增加而增加,富燃料工況下, 隨著停留時(shí)間的增加 NOx 含量降低。煤粒在爐內(nèi)的燃燒過(guò)程可以分成三個(gè)階段:初始階段,溫度低,反應(yīng)十分緩慢;揮發(fā)分析出 著火燃燒階段

5、,溫度急劇升高;焦炭燃盡階段,氧氣濃度減少,氧化反應(yīng)減慢。三個(gè)階段的 NOx 的生成或分解反應(yīng)有所不同:第一階段, NOx 的生成或分解都很少;第二階段,溫度 很高,濃度過(guò)大, NOx 的生成和分解都進(jìn)行的很快,但 NOx 的生成反應(yīng)要快得多,因而NOx 濃度急劇增加,也有部分 NOx 轉(zhuǎn)變成 N2,當(dāng)爐溫達(dá)到最高值時(shí), NOx 濃度也達(dá)到最 大值; 第三階段, 進(jìn)人焦炭燃盡階段, 氧濃度減少, 這時(shí)雖然不斷的生成焦炭 NOx , 但是, 已經(jīng)生成的 NOx 中有部分被焦炭還原分解生成 N ,而逐漸減少。一是減少爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù); 二是較低的氧濃度條件下, 通過(guò)增加燃盡高度等措施使燃料中 的氮

6、不易生成 NOx ,使已生成的 NOx 被還原;三是通過(guò)降低熱風(fēng)溫度和采用煙氣再循環(huán)的 方式降低爐內(nèi)溫度峰值以減少熱力 NOx ;四是在爐內(nèi)加入還原劑 (SNCR技術(shù) 。4. 1 分級(jí)燃燒分級(jí)燃燒可以分為燃燒室中的分級(jí)燃燒和單個(gè)燃燒器的分級(jí)燃燒兩類。 主要有兩種方式燃料 分級(jí)和空氣分級(jí)。 燃料燃燒的空氣分段送入爐內(nèi), 在主燃區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù)較低, 燃燒溫度 降低,使得 NOx 生成量降低;但是會(huì)產(chǎn)生 CO 等不完全燃燒產(chǎn)物,第二階段將燃燒需要的 剩余風(fēng)量以燃盡風(fēng)的形式送人爐膛, 這樣不僅可以保證燃料的燃盡還可以降低 NOx 生成量。 單個(gè)燃燒器的分級(jí)燃燒主要適用于旋流燃燒器, 有內(nèi)分級(jí)和外分級(jí)

7、兩種混合方式。 把二次風(fēng) 分階段逐漸送人爐膛, 從而燃料燃燒區(qū)域被劃分為富燃區(qū)和富氧區(qū), 富燃區(qū)位于燃燒器出口 附近, 富氧區(qū)位于二次風(fēng)全部進(jìn)入的燃盡區(qū)。 火焰根部的富燃料區(qū)抑制了燃料 NOx 的生成, 空氣分級(jí)送入使得火焰溫度降低,減少了熱力 NOx 的 生成量。4. 2 再燃燒法第一燃燒區(qū), 氧化性或稍還原性氣氛 ( 1 ; 第二燃燒區(qū), 將二次燃料送入還原性氣氛 ( <1, 因而生成碳?xì)浠衔锘鶊F(tuán), 這些基團(tuán)與第一燃燒區(qū)內(nèi)生成的 NO 反應(yīng), 最終生成 N , 這個(gè)區(qū) 域?yàn)樵偃紵齾^(qū), 二次燃料稱為再燃燃料; 三燃燒區(qū), 再送人二次風(fēng) ( 1 , 使燃料燃燒完全, 為燃盡區(qū)。再燃法的

8、實(shí)際應(yīng)用:在貧燃區(qū)的下游處將大約總?cè)剂系?15%導(dǎo)人到燃燒區(qū)域, 形成再燃區(qū), 在再燃區(qū),通過(guò)和碳?xì)浠衔锛捌渲虚g產(chǎn)物,進(jìn)行還原反應(yīng),從而減少 NO 。在再燃區(qū)的燃 盡階段補(bǔ)入空氣,使?fàn)t內(nèi)燃料最終燃盡。4. 3 低氧燃燒低氧燃燒能夠減少燃燒過(guò)程中 NOx 生成量。 降低 NOx 生成量的同時(shí)由于煙氣量減少鍋爐排 煙損失降低, 提高了鍋爐效率; 但化學(xué)不完全損失 q3以及飛灰含碳量 q3等均會(huì)有所增加, 降低了鍋爐效率。 因此, 在確定低過(guò)量空氣系數(shù) 運(yùn)行范圍時(shí), 必須綜合考慮鍋爐效率、 NOx 排放等因素。4. 4 煙氣再循環(huán)將部分低溫?zé)煔庵苯铀腿藸t內(nèi)或與空氣混合送入爐內(nèi), 可以是一次風(fēng)也可以是二次風(fēng)。 因煙 氣溫度較低和降低了氧濃度,使燃燒速率和爐內(nèi)溫度水平降低,因而熱力 NOx 減少。適用 于含氮量低的燃料, 對(duì)于燃用揮發(fā)份較低著火困難煤種時(shí), 受到穩(wěn)燃因素的限制, 不宜采用 該方式。4. 5 低 NOx 燃燒器鍋爐的燃燒方式主要由切圓燃燒方式、對(duì)沖燃燒方式以及 W 火焰燃燒方式。切圓燃燒方式 主要有 PM 燃燒器和水平濃淡燃燒器等,都是通過(guò)采取措施實(shí)現(xiàn)濃相和淡相的分別燃燒。 5 結(jié)論與建議1 根據(jù)煤粉鍋爐 NOx 的生成機(jī)理,通過(guò)不同的措施控制燃燒過(guò)程各階段 NOx 的生成量2 要根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、 煤質(zhì)條件等選擇合理的低氮燃燒技術(shù),在保證