AGC模式下燃烧调整对NOx生成的影响分析

AGC模式下燃烧调整对NOx生成的影响分析

邵建鹏

（中煤靖远第二发电有限公司，甘肃白银，743001）

摘要：氮氧化物（NOx）是火电厂重点控制排放污染物指标，通过锅炉燃烧调整是目前降低NO x 的排放的重要手段。AGC（自动化发电控制）是目前发电机组长期投入的控制装置， 通过分析AGC模式下负荷、氧量、煤质、锅炉配风、磨煤机运行方式等因素对NOx生成的影响，降低机组NOx生成量，提高机组经济性和安全性。

关键词：氮氧化物 大气污染物 AGC模式 影响分析

引言

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（NOx）因为对生态环境造成破坏，已经成为火电厂重点控制排放指标之一。煤粉在燃烧过程中会生成三种类型的 NO x ：一是由空气中的氮气与氧气在高温下反应生成的热力型 NO x 。其中温度对热力型 NO x 的生成具有决定性作用，在温度升高达到 1 500℃以上时，热力型的 NO x 生成速度迅速增大，热力型NO x 占到总生成量的 25%～35%。二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燃料型 NOx。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 NO x ，而且燃料型 NO x 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 NO x占到总生成量的 75%～90%。三是快速型 NO x ，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 NO x 的生成量相比，快速型 NO x 的生成量要少很多。因此通过对锅炉燃烧调整来减少燃煤电厂 NO x 的排放污染物刻不容缓。另外由于甘肃火电机组调峰频繁，AGC模式下对NOx的控制又提出严峻考验。通过分析不同工况下NOx的生成因素，优化调整方式，降低NOx的生成，提高机组经济性和安全性。

1氧量的影响

运行中过量空气系数与脱销入口NOx呈正相关态势，主要是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，在主燃烧区域锅炉燃烧加强，炉膛火焰中心温度升高，热力型NO x 排出量增加。同时随着炉内 O 2 增多，燃料中的氮化合物与大量的 O 2 发生反应进而产生大量的燃料型NO x 。所以，在日常的锅炉调整过程中，在保证完全燃烧的情况下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 NO x 的浓度，减轻了氨区耗氨的压力，也能保证环保参数不超限。在目前机组AGC调峰频繁的情况下，送风量自动装置的性能直接影响NOx的生成，应该尽可能使煤质趋于稳定，通过实验尝试优化自动调整性能，降低负荷波动过程中的NOx生成。

2煤质的影响

2.1煤的灰分和硬度影响

在燃用高灰分、硬度较大的煤种时，脱硝入口 NO x 浓度会大幅升高。主要是磨煤机可磨系数增大，在保证煤粉细度不变的情况下，石子煤排放量也会持续增多，中速磨煤机磨碗差压会增大，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。该风量直接参与主燃烧区的燃烧，是锅炉燃烧进一步增强，燃烧温度升高，热力型NOx生成量增大，必然会导致脱硝入口 NO x 大幅度上升。

2.2煤的热值影响

随着煤炭市场的供需关系，大多数火电厂采用掺烧劣质煤降低燃料成本，燃煤热值变化较大。煤的热值越高，发热量越大，燃烧区温度也会相应升高，这种情况会增加热力型NOx的生成量。因此正常运行调整中需要通过氧量控制来延长煤粉的燃烧时间，从而控制燃烧温度降低NOx的生成。

2.3煤中氮化合物含量影响

从燃烧动力学的角度看，煤中的氮属于无用元素，氮化合物含量越高，燃烧生成的燃料型NOx会越大，针对该中NOx的生成机理，运行中可以通过控制氧量和燃烧温度的方式降低燃料型NOx的生成，尽量控制在烟气温度600-800℃时氧量接近最小值，减少该温度区间氮化合物的氧化生成燃料型NOx。

2.4煤的水分影响

煤中水分越大在燃烧过程中吸收热量越大，使煤用于发电的有效热能降低，并且锅炉内温度也会因此降低，使着火困难,燃烧不完全，导致机械与化学不完全燃烧的热损失增加。但从燃烧动力学的角度看，煤粉中含有适量的水分对燃烧过程有某些有利作用。因为在高温火焰中水蒸汽对燃烧过程是十分有效的催化剂，水蒸汽分子可以加速煤粉焦炭残骸的气化和燃烧；水蒸汽还可以提高火焰的黑度，加强水冷壁的辐射传热；同时水蒸汽作为三原子气体分解时产生的氢分子及其氢氧根又可以提高火焰的热传导率。因此从NOx的生成角度考虑，水分增大会一定程度降低NOx的生成，但对于锅炉效率会产生不利影响。

3锅炉配风的影响

通过运行实践调整发现采用倒宝塔配风会有效降低锅炉 NO x 排放量，而采用正宝塔配风时锅炉 NO x 排放量会升高。这是因为采用倒宝塔配风方式，将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 NO x 和燃料型 NO x 的生成；而在燃烧器区域上部，通过燃尽风送入过量的空气，用于煤粉燃尽，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，NO x 的生成量也不会增大，因此，总的 NO x 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NO x 和燃料型 NO x 的生成量增加，总的 NO x 排放量也就增大。但机组实际运行中，在整体煤质较差时为了响应AGC负荷接带，减少电网“两个细则”考核，操作员一般会通过正宝塔配风的方式强化燃烧，提升水冷壁吸热量以便快速响应负荷。因此最好通过燃烧调整试验寻找不同负荷的配风平衡点，既能满足负荷响应，又能降低NOx生成，并设计不同负荷工况配风自动调节装置，实现经济效益最大化。

4磨煤机运行方式的影响

改变磨煤机运行方式对NOx的生成影响很大，在上层磨运行时，由于煤粉着火位置更接近火焰中心，炉内局部热负荷较高，整体燃烧温度提高，产生的热力型 NO x显著增大，另外上层磨煤机运行时更靠近燃尽风区域，使燃尽风与主燃烧器还原区高度降低，降低 NO x 的还原空间，没有实现较好的 NO x 还原作用。在目前机组AGC模式下，负荷降低过程中停运上层磨煤机会使汽温降低影响汽轮机安全，这与NOx控制又形成悖论，因此建议负荷波动过程中以控制汽温为主，通过配风控制NOx；在低负荷稳定运行时停运上层磨煤机，对整体NOx控制和机组经济安全性由很大作用。

5结论

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，已经成为火电厂重点控制排放指标之一。通过分析，在AGC模式下，氧量、煤质、锅炉配风、磨煤机运行方式等因素对NOx生成都有不同影响，运行人员需根据不同负荷工况选择最优的调整方式，达到从根本上降低NOx的目的。

参考文献

[1] 胡宏伟.煤种质变化对电站锅炉运行经济性影响的试验研究[J].浙江大学硕士学位论文。2004.02

[2] 李强.浅析锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响[J].【文章编号】1006-4222（2019）03-0294-02

作者简介：邵建鹏（1988-）男，甘肃会宁，本科，工程师，主要从事火电厂运行管理。