關于降低燃煤電廠氮氧化物的措施

目前, 世界上降低燃煤鍋爐燃燒產生 NOx 的措施分為兩類, 即煙氣凈化技術和低 NOx 燃燒技術。在我國, 煙氣凈化技術的投資雖然相對較高, 但脫除 NOx 的效率很低, 面對日益嚴格的環保排放標準, 增加煙氣凈化裝置勢在必行; 低 NOx 燃燒技術則能在不增加成本的情況下降低 NOx 濃度, 達到降低凈化裝置運行費用的目的, 值得大力推廣應用。

1 產生的原因和降低方法 NOx 生成的原因:

1) 熱力型 NOx: 是空氣中氮在高溫(1400℃以上) 下氧化產生;

2) 快速型 NOx: 是由于燃料揮發物中碳氫化合物高溫分解生成的 CH 自由基和空氣中氮氣反應生成 HCN和 N, 再進一步與氧氣作用以極快的速度生 成 NOx;

3) 燃料型 NOx: 是燃料中含氮化合物在燃燒中氧化生成的 NOx, 稱為燃料型 NOx。

2 降低方法：

1) 在燃用揮發分較高的煙煤時, 燃料型 NOx 含量較多, 快速型 NOx 極少。燃料型 NOx 是空氣中的氧與煤中氮元素熱解產物發生反應生成 NOx,燃料中氮并非全部轉變為 NOx, 它存在一個轉換率, 降低此轉換率, 控制 NOx排放總量, 可采取:

(1) 減少燃燒的過量空氣系數;

(2) 控制燃料與空氣的前期混合;

(3) 提高入爐的局部燃料濃度。

2) 熱力型 NOx: 是燃燒時空氣中的 N2 和 O2 在高溫下生成的 NOx, 產生的主要條件是高的燃燒溫度使氮分子游離增本化學活性; 然后是高的氧濃度, 要減少熱力型 NOx 的生成, 可采取

(1) 減少燃燒高溫度區域范圍;

(2)降低鍋爐燃燒的峰值溫度;

(3) 降低燃燒的過量空氣系數和局部氧濃度等措施。

 具體來說, 就是在保證鍋爐燃燒安全的前提下, 采取以下措施來減少氮氧化物的生成:

(1) 低過量空氣燃燒

使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進行, 隨著煙氣中過量氧的減少, 可以制止 NOx 的生成。這是一種簡單的降低 NOx 排放的方法。一般可降低 NOx 排放 15~20%。但如爐內氧濃度過低(3%以下) , 會增加化學不完全燃燒熱損失, 引起飛灰含碳量增加, 使鍋爐燃燒效率下降。因此, 在 鍋爐運行時, 應選取合理的過量空氣系數。

(2) 空氣分級燃燒

基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成, 采用倒三角的配風方式。在一階段預燃階段, 將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少(相當于理論空氣量的 80%) , 使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時一級燃燒區內過量空氣系數α 1 的條件下完成全部燃燒過程。這一方法彌補了 簡單的低過量空氣燃燒的缺點。在一級燃燒區內的過量空氣系數越小, 制止 NOX 的生成效果越好, 但不完全燃燒產物越多, 導致燃燒效率降低、 引起結渣和腐蝕的可能性越大。因此, 為保證既能減少 NOX 的排放, 又保證鍋爐燃燒的經濟性和可靠性, 必須正確組織空氣分級燃燒過程。

(3) 燃料分級燃燒

在燃燒中已生成的 NO 遇到烴根 CHi 和未完全燃燒產物 CO、 H2、 C 和CnHm 時, 會發生 NO 的還原反應, 重新還原為 N2。利用這一原理, 將主要燃料送入一級燃燒區, 在α >1 條件下, 燃燒并生成 NOX。送入一級燃燒區的燃料稱為一次燃料, 其余 15~20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區, 在α <1 的條件下形成很強的還原性氣氛, 使得在一級燃燒區中生成的NOX 在二級燃燒區(再燃區) 內被還原成氮分子, 送入二級燃燒區的燃料又稱為二次燃料, 或稱再燃燃料。在再燃區中不僅使得已生成的 NOX 得到還原, 還制止了新的 NOX 的生成, 可使 NOX 的排放濃度進一步降低。在采用燃料分級燃燒時, 為了 有效地降低 NOX 排放, 再燃區是關鍵。因此, 需要研究在再燃區中影響 NOx 濃度值的因素。

(4) 煙氣再循環

目 前使用較多的還有煙氣再循環法, 它是在鍋爐的空氣預熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐內, 或與一次風或二次風混合后送入爐內, 這樣不但可降低燃燒溫度, 而且也降低了氧氣濃度, 進而降低了 NOX 的排放濃度。但是, 在現有設備沒再循環就得進行設備改造, 還是進行經濟性和安全性比較后才能實施。

根據運行調整經驗， 均等送風方 式相對穩定， 但是燃燒區域比較集中， 煤粉燃燒基本是在富氧狀態下完成，容易生成 NOx。

應對措施：

1、燃料風采用均等送風方式；

2、輔助風 AA、 AB、 BC、 CD 層采用“倒三角” 配風：

（1） 若負荷較大需要開啟 D 排：燃盡風開完， 減少 DD 層開度配合汽溫輔助調節。

（2） 若不需要開啟 D 排：燃盡風保持一定開度， DD 層輔助風開度根據 NOx 排放濃度進行適當調整。

3 總結

根據我廠設備情況在不改造設備的條件下并結合上述方法, 確保安全燃燒同時采用降低氧量、 加大下層煤粉濃度、 采用倒三角配風來控制氮氧化物, 并兼顧了 鍋爐運行的經濟性, 在同負荷和同種煤種的前提下, 試驗前后燃燒比較 NOx 降低了 22%左右; 試驗證明采用低氮燃燒技術在降低 NOx 方面取得了 比較明顯的效果。但選擇合理的 NOx 控制措施必須兼顧燃燒經濟性的影響。