锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响

锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响

徐康

国家能源集团谏壁发电厂 江苏 镇江 212000

摘要：近年来我国环保排放标准逐渐趋严，在燃煤电厂排放的大气污染物中，氮氧化物因为对生态环境会造成严重破坏，所以成为火电厂重点控制排放指标之一。因此，通过对锅炉燃烧调整来减少燃煤电厂氮氧化物的排放污染物刻不容缓。

关键词：锅炉燃烧；氮氧化物；排放影响

1 氮氧化物的生成机制

煤粉在燃烧过程中会生成三种类型的氮氧化物：一是热力型氮氧化物，热力型氮氧化物是空气中的氮气与氧气在高温下反应生成的。温度对热力型氮氧化物的生成具有决定性作用。随着温度的升高，并且达到1 500℃以上时，热力型的氮氧化物生成速度迅速增大，热力型氮氧化物占到总生成量的25%～35%。二是燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物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。当燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600～800℃时，就会产生燃料型氮氧化物，而且燃料型氮氧化物生成不仅与火焰附近氧浓度有关，还与燃烧温度相关。一般燃料型氮氧化物占到总生成量的75%～90%。三是快速型氮氧化物，快速型氮氧化物是燃料在燃烧时，空气中的氮和燃料中的碳氢离子团（如HC）反应生成，其转化率取决于空气过剩条件和温度水平。与热力型和燃料型氮氧化物的生成量相比，快速型氮氧化物的生成量要少很多。

2 影响氮氧化物生成的因素及分析

2.1 过量空气系数（O2)

氧量与氮氧化物之间的运行曲线图1所示，发现随着锅炉氧量的升高，脱硝入口氮氧化物也随之增加，锅炉氧量降低，脱硝入口氮氧化物也随之降低。这是因为，富氧燃烧可以使煤粉充分燃烧，有效降低化学不完全燃烧损失，但是由于炉内主燃烧区域的氧量增多，锅炉燃烧加强，炉膛火焰中心温度升高，热力型氮氧化物排出量增加。随着炉内O2增多，燃料中的氮化合物与大量的O₂发生反应进而产生大量的燃料型氮氧化物。所以，在日常的锅炉调整过程中，可以在CO生成量在允许范围内尽量保证锅炉在较低的氧量范围内工作，一方面降低了锅炉总风量，降低了煤耗，另一方面降低了脱硝入口氮氧化物的浓度，减轻了氨区耗氨的压力，也能保证环保参数不超限。

图1 氧量与氮氧化物之间的运行曲线 

2.2 磨煤机运行方式的影响

改变磨煤机运行方式与氮氧化物之间的运行曲线下页图2所示，发现氮氧化物生成量与磨煤机运行方式的改变有很大的关系，通过脱硝入口氮氧化物曲线来看，当为下层磨煤机运行时，脱硝入口氮氧化物浓度较低，在进行C\E磨切换时，脱硝入口氮氧化物大幅上升后并保持。这是因为，在启动上层磨E磨时，由于大量的一次风进入炉膛，造成锅炉氧量在短时间内快速增加，脱硝入口氮氧化物浓度也大幅度上升。通过分析，上层磨运行时，一方面是由于煤粉着火位置更接近火焰中心，炉内局部热负荷较高，产生的氮氧化物必然会升高，另一方面是燃尽风与主燃烧器还原区高度降低，对于氮氧化物还原所需的空间不够，没有实现较好的氮氧化物还原作用。因此，在磨煤机运行方式上，要合理安排磨煤机组合方式，应尽量避免停运中、下层磨煤机。

图2 改变磨煤机运行方式与氮氧化物之间的运行曲线

2.3 锅炉配风影响

通过倒宝塔和正宝塔配风对比后，发现锅炉氮氧化物排放量会有非常大的变化。试验表明，采用倒宝塔配风会有效降低锅炉氮氧化物排放量，而采用正宝塔配风时锅炉氮氧化物排放量会升高。这是因为采用倒宝塔配风方式，因主燃烧区域的二次风挡板关小，使得此区域氧量相对较低，形成富燃料区，由于煤粉燃烧不是很充分，火焰温度不高，从而有效的抑制了热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成；而在燃烧器区域上部，送入过量的空气，形成富氧区，有助于煤粉燃尽，由于上部主要是燃尽区，火焰温度相对较低，即使该区域氧量比较大，氮氧化物的生成量也不会增大，因此，总的氮氧化物排放量比较低；采用正宝塔配风方式，锅炉的主燃烧区域二次风挡板开大，风量从炉膛燃烧区域下部送入，使得主燃烧区域氧量比较大，煤粉燃烧比较充分，而且火焰温度也相对较高，从而使热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成量增加，总的氮氧化物排放量也就增大。

2.4 燃煤煤质影响

在燃用高灰分煤种时，脱硝入口氮氧化物浓度会大幅升高。通过分析发现在锅炉燃用高灰分煤种时，磨煤机难磨系数增大，如果在保证煤粉细度不变的情况下，磨煤机运行电流会大幅升高，石子煤排放量也会持续增多，在运行中防止磨煤机堵磨事件发生，通常要开大磨煤机热风调节门来增大磨煤机的通风量。由于磨煤机热风调节门逐渐开大，磨煤机出口温度也会逐渐上升，磨煤机冷风调节门在投自动的情况下，逐渐开大参与调节，来控制磨煤机出口温度，由于磨煤机冷风门的开启，磨煤机通风量增加，所以进入锅炉锅炉总风量会增加，这样必然会导致脱硝入口氮氧化物大幅度上升。所以在运行中最好避免燃用高灰份煤种，如果无法避免，切不可六台磨煤机全部燃用高灰份煤种，应合理地进行各台磨煤机配煤掺烧，一是可以有效地降低脱销入口氮氧化物的生成，二是可以有效地降低磨煤机磨辊及磨盘的磨损量，延长磨煤机运行小时数。

3 结语

通过分析，得出结论：一是采用倒宝塔配风方式，可以降低锅炉脱硝入口的氮氧化物排放量，但是采用这种配风方式，主燃烧区氧量大幅降低，长期缺氧运行，会导致锅炉结焦严重，而采用缩腰配风方式，调整合适的氧量，可以使锅炉脱销入口的氮氧化物排放量比较低。氧量调整的要求，以控制CO生成量在规定范围内即可。二是加强入炉煤管理，燃煤的灰分和挥发分变化对锅炉脱销入口的氮氧化物排放量影响也比较大，在运行中应加强配煤掺烧，可以有效的降低锅炉脱销入口的氮氧化物排放量。三是合理地布置磨煤机运行方式，尽可能的减少上层磨同时运行，对降低锅炉脱硝入口氮氧化物排放量非常有效。四是采用烟气再循环，在锅炉空预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，这样不但可以降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了锅炉脱销入口氮氧化物的排放浓度。

参考文献

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[4]岑可发, 姚强, 《燃烧理论与污染控制》, 北京机械工业出版社, 2004

[5] 张晓梅, 《300MW火力发电机组丛书, 燃煤锅炉机组》, 中国电力出版社, 2006