淺議降低燃煤鍋爐NOx的方法

1、淺議降低燃煤鍋爐NOx 的方法摘 要：以煤為主要發(fā)電用燃料的電廠占據(jù)了全國發(fā)電廠的 70%以上 , 燃煤鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物（ NOx ）是大氣的主要污染源之一。隨著國家對(duì) NOx 排放的要求也日趨嚴(yán)格，燃煤鍋爐如何降低氮氧化物的排放成為當(dāng)前燃煤電廠亟需解決的問題之一。文章介紹了燃料燃燒過程中 NOx 的形成機(jī)理，并結(jié)合某廠 2 臺(tái)燃煤鍋爐空氣分級(jí)燃燒改造后的效果，闡述了降低 NOx 的手段與方法。關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；Nox中圖分類號(hào)： TM621.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1006-8937（ 2012） 11-0166-021 設(shè)備簡介某發(fā)電廠 5、 6 號(hào)鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-10

2、25/16.7-M313 UP 型 300 MW 直流燃煤鍋爐， 采用鋼球磨中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉。燃燒器為直流式四角布置切圓燃燒。由于該廠5、6 號(hào)機(jī)組 2×300 MW 鍋爐已投產(chǎn)近 20 年，煙氣中氮氧化合物排放超標(biāo)，不利于電廠的環(huán)保控制，于 2005 年和 2007 年分別利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)進(jìn)行了低氮燃燒改造。2 NOx 的產(chǎn)生機(jī)理煤燃燒過程排放出NOx 一般是指 NO 和 NO2 ，其中 90%以上是NO,在火焰帶的下游或排放后一部分NO轉(zhuǎn)化為NO2 。研究表明, NOx的生成途徑有三種：熱力型NOx 。指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒Ox 。在溫度低于1300時(shí)，幾

3、乎沒有熱力型NOx 產(chǎn)生。燃料型NOx 。指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化生成NOx 。對(duì)于常規(guī)燃煤鍋爐而言,這是 NOx 的主要生成途徑。快速型NOx 。指燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如 CH 等反應(yīng)生成NOx 。在這三種生成途徑中，快速型NOx 所占比例不到5%。3 分級(jí)燃燒低NOx 改造3.1 分級(jí)燃燒低NOx 改造方案某電廠 5、 6 號(hào)鍋爐采用分級(jí)燃燒技術(shù)，對(duì)均等配風(fēng)的煙煤型直流燃燒器進(jìn)行改造，在原燃燒器上方增加了三層燃盡風(fēng)，同時(shí)減少原二次風(fēng)噴口面積（保持二次風(fēng)風(fēng)速不變），為防止主燃燒器區(qū)缺氧而可能出現(xiàn)的結(jié)渣和腐蝕，使用了水平偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)，借以增加水冷壁

4、附近的氧濃度。爐內(nèi)燃燒布置大格局方面，采用深度空氣分級(jí)技術(shù)，采用兩種燃盡風(fēng)布置，即緊靠型燃盡風(fēng)（CCOFA ）和分離燃盡風(fēng)（ SOFA ）。分離燃盡風(fēng)（SOFA）通過深度空氣分級(jí)形成下部富燃缺氧燃燒控制NOx ，上部富氧燃燒控制飛灰含碳量的燃燒格局， 大幅降低 NOx 排放。采用三層 SOFA 噴口布置。為防止由于爐膛下部由于處于還原性氣氛引起爐膛水冷壁高溫腐蝕和結(jié)渣事故的發(fā)生，下部燃燒器組采用復(fù)合型直流系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)已在多臺(tái)燃煙煤鍋爐上采用，將部分二次風(fēng)流道折向水冷壁方向，在爐內(nèi)的水平方向形成分級(jí)燃燒，中心區(qū)域?yàn)楦呷紵龔?qiáng)度區(qū)，水冷壁周圍為具有較高氧濃度，較低溫度，低的 CO 含量和低的顆粒

5、濃度，從而起到防止結(jié)渣和高溫腐蝕的作用。一次風(fēng)燃燒器噴口采用周界風(fēng)調(diào)節(jié)著火距離和燃燒強(qiáng)度。 5 爐改造設(shè)計(jì)中一次風(fēng)噴口原采用齒形噴口設(shè)計(jì)，并采用水平濃淡燃燒，后由于電廠燃煤揮發(fā)分高，膨脹節(jié)積粉等問題，運(yùn)行中將齒形噴口的齒去除，并將可調(diào)節(jié)高度的濃淡擋塊的擋塊退出，基本恢復(fù)為直流一次風(fēng)噴口。上層 SOFA 噴口設(shè)計(jì)為具有上下和水平擺動(dòng)功能，從而可以調(diào)整燃盡風(fēng)穿透深度和混合效果，并有效防止?fàn)t膛出口過大的扭轉(zhuǎn)殘余。為低 NOx 燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，選取分離布置燃盡風(fēng)（SOFA）風(fēng)量為占總風(fēng)量的 20%，而緊靠型燃盡風(fēng) CCOFA 占總風(fēng)量的 5 10左右。一次風(fēng)采用小風(fēng)率設(shè)計(jì)，以控制著火初期 NOx 的

6、大量生成，一次風(fēng)率取為 22。三次風(fēng)率維持不變，取為 19。按此原則，低 NOx 改造配風(fēng)設(shè)計(jì)如表 1 所示，其中二次風(fēng)的風(fēng)量又分為SOFA ，周界風(fēng)和緊靠布置燃盡風(fēng)（ CCOFA ）以及其他二次風(fēng)，風(fēng)量分配列于表2。3.2 改造后的優(yōu)化某發(fā)電廠2× 300MW機(jī)組5、6號(hào)鍋爐分別于2006年和2007年與浙江大學(xué)熱能工程研究所合作進(jìn)行了低NOx燃燒技術(shù)改造，合同目標(biāo)值是450mg/Nm3 （折算到 6 O2），改造后鍋爐的NOx 排放濃度達(dá)到了這一排放目標(biāo)，而且鍋爐的汽溫、汽壓正常，出力正常，爐內(nèi)沒有結(jié)渣和高溫腐蝕等現(xiàn)象。但環(huán)保監(jiān)測部門的定期監(jiān)測顯示，5、 6 號(hào)鍋爐的 NOx排放

7、水平隨煤種變化和氧量控制有波動(dòng)，在燃用神華煤等高揮發(fā)分煤條件下，鍋爐的NOx 排放濃度可低達(dá)300mg/Nm3（折算到 6O2）左右，而在燃用較劣質(zhì)煤時(shí)，排煙氧量又較高時(shí)，鍋爐的 NOx 排放濃度會(huì)在450mg/Nm3（折算到 6O2）左右。因此，鍋爐的 NOx 排放主要受煤種的影響大，其影響可達(dá) 150mg/Nm3 左右，而目前鍋爐的燃盡風(fēng)開度和二次風(fēng)開度已通過多次調(diào)試獲得了較佳的開度值，電廠也一直保持著開度值，運(yùn)行參數(shù)中影響最大的是氧量，電廠可通過實(shí)現(xiàn)低氧燃燒控制省煤器后氧量在 3%3.5 之間，則鍋爐的 NOx水平會(huì)比高氧量下低。為此，電廠開展燃燒優(yōu)化等措施，將鍋爐在燃用較劣質(zhì)煤時(shí)的 N

8、Ox 排放由 450 mg/Nm3 降低到 350 mg/Nm3 。具體降低煙氣 NOx 排放對(duì)運(yùn)行人員操作提出以下要求：降低氧量運(yùn)行，機(jī)組帶 300 MW 負(fù)荷時(shí)氧量在 3%3.5%，280 MW 負(fù)荷時(shí)氧量在 3.5%4%，260 MW 負(fù)荷時(shí)氧量在 4%4.5%，240 MW 負(fù)荷時(shí)氧量在 4.5% 5%。降低氧量運(yùn)行，可有效減少燃料型 NOx 的生成，降低總的 NOx 的排放。適當(dāng)開大燃盡風(fēng)門開度，可減少主燃區(qū)的氧量，減少燃料型 NOx 的生成。在確保安全的前提下，減少制粉系統(tǒng)啟、停時(shí)的抽風(fēng)時(shí)間。因制粉系統(tǒng)在啟動(dòng)過程或磨煤機(jī)堵塞的抽風(fēng)過程中，大量的冷風(fēng)進(jìn)入爐膛還原區(qū)， 阻礙了 NOx

9、轉(zhuǎn)化為 N2 的還原反應(yīng)，增加 NOx 的排放。通過試驗(yàn)4 臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)NOx 的排放最高， 3臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí) NOx 的排放最低，所以在調(diào)整中盡可能維持 3 臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行，減少 2 臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行方式的時(shí)間，避免出現(xiàn)同時(shí)投入 4 臺(tái)磨煤機(jī)的運(yùn)行方式。3.3 分級(jí)燃燒改造實(shí)施效果改造后，在常規(guī)運(yùn)行氧量下（省煤器后氧量為5.78%），NOx 排放濃度約為420 mg/Nm3 左右 (已折算到 6 O2) ，鍋爐飛灰含碳量約為1.8。經(jīng)過燃燒優(yōu)化控制省煤器后煙氣氧量為 2.8%左右時(shí)， NOx 排放濃度為350mg/Nm3 左右（已折算到 6 O2）。脫硝率超過40%。此外，改造后的鍋爐熱效率比改造前有所增加，減溫水量比改造前有所降低。4 結(jié) 語某電廠 5、6 號(hào)鍋爐采用低NOX 燃燒技術(shù)，降低了鍋爐煙氣 NOX 的排放，對(duì)于保護(hù)環(huán)境具有重大意義,社會(huì)效益顯著。在