火电机组化学环保难点研究

火电机组化学环保难点研究

王成鸿

华润电力（贺州）有限公司 广西 贺州 542709

摘要：火电机组是工业常用的供气设备或者供暖设备，在我国北方地区应用较为普遍，火电机组会产生大量燃煤烟尘以及硫氧化物，是各地区大气污染的主要组成物质。近年来，火电厂普遍采取脱硫除尘等技术对污染物排放进行控制，不过所投入成本较大，所以新时期需要对火电机组环保新技术进行研究。本文从火电机组锅炉运行产生氮氧化物的机理入手，讨论火电厂大气污染物排放标准，阐述火电机组锅炉燃烧优化研究现状，最后提出如何控制火电机组锅炉运行期间的大气污染物排放，希望对相关研究带来帮助。

关键词：火电机组；化学环保；难点

近年来，氮氧化物以及硫氧化物的危害受到了社会广泛关注。火电机组在生产和运行过程中会排放有害物质，其中含有大量一氧化碳与人体血液中的血红蛋白结合后会导致缺氧以及神经中枢瘫痪，而二氧化碳也会刺激呼吸器官，伤害人体肺部，所以火电机组锅炉需要全面加强大气污染物排放的控制，以下对相关内容进行分析。

一、火电机组锅炉运行产生氮氧化物的机理

之所以加强火电机组化学环保的研究，主要是为了保障人们的安全，减少环境污染，而氮氧化物的处理则是难点，在锅炉燃烧期间以下三种因素会造成氮氧化物产生，具体说来：其一是热力型氮氧化物。燃烧期间空气中的氮在高温下氧化，由此产生一氧化碳，温度大于1500℃时每升高100℃反应速率会成倍增加；其二是瞬时型氮氧化物。燃烧期间如果碳氢化合物的浓度过高会产生自由基，之后与空气中的氮反应，由此出现氮氧化物，通常可在60毫秒内形成，并且其产生和锅炉内部的炉膛压力存在直接关系；其三是燃料型氮氧化物。就是燃料中的氮氧化物在高温燃烧下出现氧化作用，由此出现氮氧化物，不过燃料中的热分解温度要远远低于煤粉燃烧温度，所以温度大于600℃后就会形成燃料型氮氧化物，在煤粉燃烧期间占比超过2/3（如图一）。

图一：火电厂大气污染物排放

二、火电厂大气污染物排放标准

结合国家环保部发布的火电厂大气污染排放标准，在除尘、脱硫、脱销等方面都作出了具体规定，具体说来：

（一）除尘排放浓度限值

燃煤燃油机组的排放浓度限值为每立方米5mg，重点区域要执行每立方米35mg的要求。对于燃气机组来讲，执行天然气汽轮机每立方米5mg标准^[1]。

（二）脱硫排放浓度限值

新建以及现有锅炉和燃煤机组要求分别按照每立方米35mg和每立方米50mg标准执行，环境重点地区执行每立方米50mg标准。对于燃油机组来讲，新建锅炉执行每立方米35mg，现有锅炉执行每立方米50mg标准。

（三）脱硝排放浓度限值

燃煤机组要执行每立方米100mg的排放浓度限值要求，环境重点地区同样按照该标准执行燃油机组的锅炉。在新建和现有条件下，分别执行每立方米100mg和每立方米200mg的排放浓度限值要求。

此外，在其它燃料锅炉中同样对颗粒物、二氧化硫的限值提出要求。

三、火电机组锅炉燃烧优化研究现状

（一）通过锅炉试验燃烧优化参数

在该技术利用过程中，首先需要对锅炉运行对象加以调整，进而在多种参数下判定锅炉运行的经济情况。通过试验结果可以分析参数运行对目标的影响程度，不过这种优化流程需要投入大量的精力，并且多用于重大改造时的优化。

（二）基于检测技术的燃烧优化

这种技术的优势在于借助炉膛火焰检测技术以及炉膛排放物检测技术，结合一次风量以及燃煤分析结果分析飞灰当中的碳含量，由此监测影响锅炉燃烧的关键指标实现后续的燃烧优化，不过测量仪器运行期间会出现影响测量结果不确定性的因素，由此导致燃烧优化产品未能充分发挥其应有性能。

（三）燃烧设备的优化改进

这种技术主要是基于煤粉在炉膛内部的燃烧然后进行深层次探索，由此改变锅炉内部结构，通过重新布置燃烧器，让炉膛内部的燃烧情况发生变化，促进煤粉充分燃烧。对于不同的锅炉机组选用的煤炭性能也存在差异，主要问题在于改造成本较大，所以通常不采用。

四、如何控制火电机组锅炉运行期间的大气污染物排放

（一）氮氧化物的控制措施

对于热力型的氮氧化物主要是高温条件下氮气发生氧化反应而生成，所以需要将锅炉的膛温生成条件，在氮氧化物含量控制过程中需要降低锅炉炉膛的中心温度，由此达到热负荷控制目标。在实际操作过程中需要把燃料按照含流量挥发性加以处理，由此降低锅炉中心和出口的温度，全面保障脱硫效率提升煤烟掺烧比例，之后调节送风量，对燃料型和热力型的氮氧化物生成量加以控制。在正常燃烧锅炉同等条件下配风时，氮氧化物超标期间需要确保锅炉燃烧，所需的过量空气经过试验发现高负荷超过22%、低负荷低于38%，可以有效降低氮氧化物。主要流程为让锅炉总风量压下线运行，之后燃料二次风门呈倒三角形布置，然后控制顶二次风门^[2]。

（二）一氧化碳含量的控制

为了避免燃煤燃烧不充分问题，主要的措施就是确保燃烧器区域处于负氧燃烧条件，不过会导致主燃烧器区域出现更多的氮氧化物，并且和控制氮氧化物的目的冲突，所以需要在主燃烧器区域调整二次风，实现精确控制，通过实验发现不同燃煤性质下将主燃烧器区域的含氧量控制在2%-4%，并且把二次风门开度调整到35%-40%就可以将一氧化碳的控制量达到20mg每立方米的标准，而氮氧化物含量也会低于每立方米290mg。

（三）二氧化硫含量的控制

在大气污染物排放当中，二氧化硫在火电机组中产生和燃煤含硫量、含盐量密切相关，如果燃煤的含硫成分偏低、烟量少，处于低负荷状态下容易产生大量二氧化硫。在高负荷条件下，随着燃煤总量增加烟气量也会加大，并且使用的燃煤如果含硫成分偏低，脱硫系统的处理能力也会受到制约，难以达到二氧化硫控制目标。所以在处理方面需要对煤量的多少加以调整，具体说来：其一要结合配煤单的建议确定给煤量，正确计算锅炉所使用燃煤中的含硫量；其二结合脱硫塔入口处的烟气含硫量对给煤量调整；其三根据脱硫处理进行入烟口脱硫塔出口处的含流量控制，最终脱硫效率可达到90%。

（四）锅炉炉膛口烟温控制

火电机组锅炉运行期间需要对磨煤机分离器的出口风压进行控制，确保其处于平衡状态，在调节旁路风门一次风速条件下，采用一次风门开度大小控制磨煤机冷风和热风总量，由此达到分离器出口风压控制效果，结合实际情况需要保证每台磨粉机分离器的出口风压处于平衡状态，在一次风速条件下通过调节冷热一次风门的开度实现进入磨煤机总风量的控制效果，特别是烟温以及水汽温度偏高情况下，效果更为明显。

五、案例分析

某整体煤气化联合循环发电示范项目，对环保新技术加以应用具有低污染、节水等突出特征，能够节电达到45%，二氧化硫排放仅为每立方米10mg，氮氧化物排放量为每立方米25mg，低于国家规定的氮氧化物和二氧化硫排放标准，当前已经实现了商业化运行。近年来我国洁净煤发电技术不断进步，国家电网公司也高度重视整体煤气化联合循环发电项目建设，目前已经在山东烟台地区成功建设规模为300mw、400mw级机组。

结束语：

综上所述，当前我国大气污染的主要来源在于工业钢炉电力生产，从我国一次能源消费结构中可以发现煤炭占比接近70%。而工业锅炉以及电厂消耗燃煤占比高达70%，所以需要对火电机组的锅炉运行污染物加强管理，全面减少大气污染物排放，以此实现绿色环保的目标。

参考文献：

[1]刘参军. 火电厂化学监督管理共性问题分析[J]. 电力系统装备，2019，21(23):196-197.

[2]叶灵芝，贾立，宋鸣程. 基于工况划分的火电机组运行多目标优化[J]. 自动化仪表，2019,40(5):25-30.