如何降低鍋爐煙氣中的氮氧化物（NOX）

　　1、引言 
　　燃料與空氣在高溫燃燒時會釋放出氮氧化物，統稱為NOx，主要包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）及氧化亞氮（N2O），其中，NO約占95%，No2等僅占5%。NO排入大氣后與空氣中的氧結合成NO2，NO2在一定的條件下進一步氧化成N2O。燃煤鍋爐在1996年時，國家要求應控制在650mg/m3，在2004年第3時段排放的標準進一步加強，規定控制在450 mg/m3；今年，國家環保總局下達新的環保要求，京津冀等地要達到≤100 mg/m3的要求，這對我們滄東電廠（屬于京津冀地區）來說，任務非常艱巨。因此，對于我們燃煤機組的火電廠、熱電廠減少NOX的排放則迫在眉睫。在燃燒期間， NOX生成途徑共有3條： 
　　熱力型的NOX：即空氣中氮是在高溫（1400℃以上）下經氧化而產生；快速型的NOX是因為燃料揮發物中的碳氫化合的物高溫分解而生成的CH自由基與空氣中的氮氣反應所生成的HCN及N，更進一步的跟氧氣作用并以飛快的速度所生成NOx；燃料型的NOX為燃料中含有的氮化合物在燃燒期間氧化而生成NOx，稱之為燃料型的NOx。 
　　2、降低的方法 
　　許多電廠投產較早，在設計之初并沒有脫硝的設備，對于沒有脫硝設備與脫硝燃燒器的燃煤的鍋爐來說，應該采取低氮燃燒的技術來降低NOX生成的機會。 
　　1）在燃用揮發成分比較高的煙煤期間，燃料型NOX含量比較多，而快速型NOx很少。因為燃料型NOX是空氣中的氧跟煤中氮元素熱解產物發生反應而生成的NOx，燃料中氮并不是全部都轉變為NOX，它存在著一個轉換率，要想降低這個轉換率，從而控制NOx的排放總量，可以采取以下措施： 
　　（1）減少燃燒的過量空氣系數，降低鍋爐風量（氧量）是降低NOx的有效手段；（2）控制燃料與空氣的前期混合，適當降低一次風量；（3）提高入爐的局部燃料濃度。 
　　2）降低燃燒最高溫度區域的范圍： 
　　（1）要降低鍋爐燃燒的峰值的溫度，高負荷期間，鍋爐內部的燃燒劇烈，溫度較高，因此易生成NOx；（2）降低燃燒的過量，空氣的系數及局部氧的濃度。 
　　具體的來說，則是在確保鍋爐在燃燒安全的前提下，選擇以下措施以減少氮氧化物的生成： 
　　（1）低過量空氣的燃燒。要使燃燒的過程盡可能的在接近理論空氣量的條件下來進行，伴隨著煙氣中過量氧的減少，以抑制NOX的生成。控制低過量空氣的燃燒，不僅可以有效減少氮氧化物，還能有效降低引送風機電耗，達到節能降耗的目的，一舉多得。但是，在低氧燃燒的同時，要注意控制CO的生成量，若CO含量多，鍋爐燃燒不完全，造成燃燒不經濟。同時，低負荷時，為保證燃燒安全，也不宜使用低氧燃燒。 
　　（2）空氣分級燃燒。基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成，采用倒三角的配風方式。正確配風，調節各二次風門開度，或二次風門采用腰凹形配風，減少燃燒區域的氧量，能有效降低氮氧化物。 
　　3、改用低氮燃燒器 
　　我廠神華河北國華黃驊發電廠一期工程建設2×600MW 亞臨界燃煤發電機組，1 號機組、2 號機組分別于2006 年6 月、12 月投入商業運行。在設計之初，兩臺鍋爐NOX 排放濃度（6%O2）為350～400mg/Nm3，為滿足日益嚴格的環保要求， 1 號、2 號鍋爐需進行加裝煙氣脫硝裝置的改造。同時在保證鍋爐安全、經濟運行前提下，對1 號、2 號爐燃燒器進行改造。 
　　鍋爐低NOx 燃燒改造后的性能保證指標： 
　　1） 燃燒器設計應采用國內先進超低氮燃燒技術，以抑制 NOx 的生成。 
　　2） 燃用目前實際運行煤種，保證鍋爐在額定負荷下，NOx 排放不超過100mg/m3（干基、6%O2、以NO2 計），在50%BMCR 負荷以上的其他負荷段，NOx 排放不超過150mg/m3（干基、6%O2、以NO2 計）。3） 鍋爐最低穩燃負荷為 30%-BMCR 負荷。4） 鍋爐效率不低于原設計值（93.66%），并且不低于改造前的摸底試驗的鍋爐效率。 
　　改造后的燃燒器采用復合式空氣分級低NOx 燃燒技術。通過采用高級復合式空氣分級低NOx 燃燒技術和爐膛布置的匹配來滿足NOx 排放量小的要求，主要采用以下技術措施，來保證NOx 排放要求。 
　　采用可水平擺動緊湊燃盡風（CCOFA），分為CCOFA1和CCOFA2兩層緊湊燃盡風、可水平擺動的高位燃盡風（SOFA），分為6層高位燃盡風、預置水平偏角的輔助風噴嘴（CFS）、寬調節比（WR）煤粉噴嘴。 
　　復合式空氣分級低NOx 燃燒技術是這樣的一個系統，為使當揮發氮物質形成時、非常關鍵的早期燃燒階段中O2 降低，它把整個爐膛內分段燃燒和局部性空氣分段燃燒時降低NOx 的能力結合起來，在初始的富燃料條件下促使揮發氮物質轉化成N2，因而達到總的 NOx 排放減少。該系統的設計概念是把注意力集中到鍋爐的整套燃燒系統上。該系統包括制粉系統、煤粉噴嘴以及多層輔助風（CFS、CCOFA 和SOFA）的優化設計。 
　　采用CCOFA 與SOFA 以實現對燃燒區域過量及空氣系數的多級控制。任何OFA 系統（包括CCOFA 與SOFA）的設計都應先取決于所要求的NOx 排放水平及煤種的特性，應該針對每一個具體的情況給予決定，同時還要考慮到爐膛形狀與煤粉停留時間和爐膛輸入熱量及制粉系統的性能等參數。通常在主風箱上端設有緊湊的燃盡風（CCOFA），將部分二次風送進爐膛。 
　　4、在省煤器出口加裝SCR脫硝裝置。 
　　SCR裝置運行原理如下： 
　　氨氣作為脫硝劑被噴入高溫煙氣脫硝裝置中，在催化劑的作用下將煙氣中NOx 分解成為N2和H2O，其反應公式如下： 
　　催化劑 ：4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O 
　　催化劑 ：NO +NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O 
　　一般來說，通過使用適當的催化劑，上述反應就可以在200 ℃～450 ℃的溫度范圍內有效的進行， 在NH3 /NO = 1的情況下，就可達到80～90%的脫硝效率。 而煙氣中的NOx 濃度通常是較低的，可是煙氣的體積相對來說很大，所以用在SCR裝置的催化劑必定是可以高性能。所以用在此種條件下的催化劑必然能滿足燃煤鍋爐高的可靠性運行的要求。 
　　SCR的脫硝技術以它脫除效率較高，并適應當前環保的要求，因而得到了電力行業的高度重視及廣泛的應用。 而在環保要求很嚴格的發達國家，例如：德國、日本、美國、加拿大、荷蘭、奧地利、瑞典、丹麥等國SCR的脫硝技術早已是應用最多及最成熟的技術之一。依據發達國家的經驗， SCR的脫硝技術必將會成為我國的火力電站燃煤鍋爐最主要的脫硝技術，并且會得到越來越廣泛的應用。 
　　5 結語 
　　1、2號鍋爐采用低氮燃燒器改造后，燃燒器出口NOx由改造前300 mg/m3降至130 mg/m3左右。已能保證NOx在較低的水平。在加裝選擇性反應脫硝（SCR）裝置后，能保證排放煙氣NOx在50 mg/m3及以下水平。經過燃燒器及脫硝改造，鍋爐的燃燒特性改變，需要加強燃燒調整，防止燃燒調節不良等造成汽溫超限的異常事件。同時，我們還應防止氨逃逸造成空預器堵灰，反應劑失效等惡性事件的發生。我們應加強對脫硝投入后鍋爐燃燒的摸索，既保證燃燒安全經濟，又達到環保要求，保證機組安全、環保健康長周期穩定運行。