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

张永昇

河北涿州京源热电有限责任公司 河北 保定 072750

摘要：在燃煤电厂排放的大气污染物中，氮氧化物（NOx）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NOx的排放污染物刻不容缓。

关键词：锅炉；燃烧；氮氧化合物；排放影响

引言

各类燃煤企业在处理环境保护问题时面临的最重要的困难就是要解决在燃烧煤炭时产生的大量硫氧化合物与氮氧化合物组成的烟气。除此之外，氮氧化合物还会与碳氢化物结合生成对大气造成严重破坏的化学烟雾，酸雨的产生与此也有一定关系。因此，对燃煤企业来说，减少燃烧产生的氮氧化合物是实际践行环保行为的重中之重。

1锅炉NOx的类型及其生成机理

氮氧化物的生成方式在化学实验中有很多种方法。单纯的针对锅炉燃烧来说，氮氧化物的产生主要可分为五种方式，热力型NOx、快速型NOx、燃料型NOx、N2O中间型NOx、NNH型Nox。因燃气锅炉的燃料成分比较单一，所以氮氧化物的生产主要是热力型和快速型。

1.1热力型NOx生成机理

热力型氮氧化物的生成机理是燃料在燃烧时并供给空气中的氮气，在高温情况下氧化生成的氮氧化物，这种NOx生成机理是由苏联著名科学家研究发现的。

热力型氮氧化物是依据燃气锅炉中燃料燃烧后，并且烟气中要有多余的氧气含量，烟气温度要大于1800K的条件下生成的。氮氧化物的生成量与烟气温度有着直接的关系，烟气温度的升高和烟气中氧含量的增加都会促使氮氧化物量的生成，而且烟气高温持续的时间越长，越有利于氮氧化物的生成。因热力型氮氧化物的生成需要具备一定的高温和富氧，所以天气锅炉燃烧运行是该化学物质生成的主要因素。

1.2快速型NOx生成机理

1971年Fenimore（弗尼莫尔）通过实验发现了快速性氮氧化物，是利用碳氢燃料在氧气欠缺的环境下快速生成的，碳氧燃料是一种液体燃料，该燃料可代替石油柴油。燃气锅炉中燃料的成分直接影响了氮氧化物的生成，如果要控制氮氧化物的生成量，可直接对燃气锅炉中的空气系数a进行调节；当a小于1时，会加快快速型氮氧化物的生成率，当a大于等于1时，不利于快速型氮氧化物的生成，而且还会降低氮氧化物的排放。

2影响NOx生成的因素及分析

2.1过量空气系数

随着锅炉氧量的升高，脱硝入口NOx也随之增加，锅炉氧量降低，脱硝入口NOx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NOx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NOx。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NOx的浓度，减轻了氨区耗氨的压力，也能保证环保参数不超限。

2.2磨煤机运行方式的影响

NOx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NOx曲线来看，当A\B\C\D\E(A\B为下层磨，C为中层磨，D\E为上层磨)磨煤机运行时，脱硝入口NOx浓度较低，在进行C\E磨切换时，脱硝入口NOx大幅上升后并保持。这是因为，在启动E磨煤机（上层磨）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NOx浓度也大幅度上升。在停运中层C磨时，脱硝入口NOx还是维持在较高的水平，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NOx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NOx还原所需的空间不够，没有实现较好的NOx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。

2.3锅炉燃烧调整对NOx排放量影响分析

2.3.1一次风速影响

研究时需要将锅炉的负荷调制为80％额定负荷，在其他条件均不改变的情况下，改变一次风压，此时一次风速会随之发生变化。研究结果表明燃烧产生的NOx量会随着一次风速的升高而增大。原理是燃烧器中的空气会因为一次风的增大而产生更大的卷吸和引射，从而产生更大的回流区域[3]。在回流区域附近会卷吸进来很多含有CH基团的烟气，CN基团会还原NOx，从而减少NOx的释放量。但是相反，一次风速的增加也会延迟燃料点燃的时间，从某种程度上讲反而会增加NOx的排放量。总的来说，锁着一次风速的增加，NOx的释放量还是会呈现出上升的趋势，所以在实际生产过程中需要将一次风速控制在一个合理的数值，以保证产生的NOx量最少。

2.3.2二次风所占比例影响

以使用600MW前后墙对冲燃烧方式为例。保持总风量的条件不改变，调整二次风门开度，使二次风量发生变化，使用开大上部燃烬风层、下部AB层二次风门开度即缩腰的配风方式，这样对NOx的排放量的降低可以有有显著的效果[4]。在配风方式上也可以采用倒置宝塔型配风，对NOx排放的减少也有一定作用，原因是倒宝塔型的配风方式可以将燃烧的中心处的二次风量控制到最小，使附近区域的氧气浓度降到最低，形成富燃料区，在此区域中热力型NOx和快速型的NOx的生成量得到有效降低。

3NOx燃烧技术

3.1分级燃烧技术

分级燃烧技术分为燃料分级与空气分级两种，为了使燃料充分氧化，在分级燃烧时应对空气和燃料合理控制，还原性环境下，抑制热力型氮氧化物。

3.2烟气再循环技术

再循环技术包括内部烟气再循环与外部烟气再循环，该技术将烟气通入火焰中降低燃烧温度，同时降低氧气压力使氮氧化物反应减弱，最终降低生成量。

3.3贫燃预混燃烧技术

此技术是将燃料与空气充分混合并通入锅炉点燃，通过将燃料充分燃烧注入空气使温度降低，减少氮氧化物生成。该燃烧技术运行条件极为苛刻，操作稍有不当会造成爆炸，所以在工业锅炉容量>20吨时，不使用该技术。

3.4无焰燃烧技术

无焰燃烧技术分为预混燃烧和扩散燃烧，通过氧化剂与燃料比例控制可燃范围建立火焰，但较高的火焰温度会产生大量的氮氧化物。鉴于这种化学反应科研人员发现了一种低氧燃烧模式，可将其称之为无焰燃烧，目前我国对于无焰燃烧技术的研究不成熟，尚未在工业上应用。

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NOx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NOx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NOx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NOx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C\F磨同时运行，对降低锅炉脱硝入口NOx排放量非常有效。

参考文献

[1]程瑞涛.燃烧调整对NOx排放和锅炉效率影响的研究[J].科技尚品，2016（4）：206.

[2]张相，蒋红，李刚，等.低氮燃烧技术对锅炉燃烧系统的影响分析[J].能源工程，2016（6）：54~57.

[3]路道伟,张永亮,李晓彤.锅炉负荷提高及低氮燃烧改造措施的研究[J].2020(9):168~169.