燃燒調整對NOX排放影響

　　1.引言 
　　煤燃燒的排放物對大氣環境的污染，其中危害最大且難處理的是氮氧化物。研究發現，每燃燒lt煤就產生8～9kg氮氧化物，所以燃煤鍋爐是當前氮氧化物污染的主要來源之一。由于氮氧化物會造成酸雨和光化學煙霧，對人類健康乃至整個生態系統的危害相當大，故對其排放量的控制早已引起全球范圍的普遍重視。目前控制NOX排放的主要措施有燃燒中脫硝和燃燒后脫硝兩種，由于目前我廠的低氮燃燒器和脫硝裝置尚未投入使用，如果在燃燒中通過合理的燃燒調整，來減少燃煤電廠污染物的排放，具有積極的意義。 
　　2.煤燃燒過程中NOX的生成機理 
　　2.1燃料型NOx的生成 
　　燃料型NOx是空氣中的氧與煤中氮元素熱解產物發生反應生成NOx，影響燃料型NOx 生成與還原的因素包括煤質與燃燒設備運行參數兩方面的因素。影響燃料型NOx轉化率的煤質因素包括：燃料中氮的含量、氮化合物存在的狀態、固定碳與揮發分的含量之比、 氮在熱解時析出的過程及在揮發分和焦炭中分配的比例等；運行因素包括：燃燒區域的氧濃度、燃燒溫度等。 
　　2.2熱力型NOx的生成 
　　熱力型NOx是燃燒時空氣中的N2和O2在高溫下生成的NOx，影響熱力型NOx生成量的主要因素有燃燒反應的溫度、氧氣濃度和反應時間，主要控制因素是溫度，溫度對熱力型NOx生成速率的影響呈指數函數關系。影響熱力型NOx生成的另一個主要因素是反應環境中的氧濃度比。因此控制熱力型NOx生成量的方法概括為：降低燃燒溫度水平，避免局部高溫；降低氧氣濃度；縮短燃燒產物在高溫區內的停留時間。 
　　3.燃燒調整及與分析 
　　為分析鍋爐燃燒調整對NOX排放的影響，以電廠一期#1號670t/h鍋爐為對象，進行了試驗研究。該鍋爐為東方鍋爐廠設計制造的超高壓中間再熱，自然循環固態排渣煤粉爐，燃用煤種為晉中貧煤，倉儲式制粉系統，煤粉燃燒器布置在爐膛四角，切圓燃燒，采用水平濃淡分離燃燒器。本文通過燃燒調整分別對鍋爐負荷，氧量、制粉系統運行方式以及二次風配比等對NOX排放量的試驗并進行分析，并得出結論。 
　　3.1機組負荷變化對NOX排放影響 
　　機組負荷的變化直接影響了爐膛溫度的高低，也影響著氧濃度的高低，從而對NOX的排放產生影響，因此不同負荷下NOX的排放濃度不同。 由試驗數據可知，隨著鍋爐負荷降低，NOX排放總體呈下降趨勢。說明負荷高低（主要原因之一為爐膛溫度變化）對NOX排放有著明顯的影響。當爐膛處于氧化氣氛時，溫度升高，有利于燃料氮轉化為NOX，為獲得理想的NOX控制效果，燃燒器區域熱負荷應該在保證著火穩定的前提下盡可能低，以減小熱力型NOX的生成。當鍋爐負荷增大時，爐膛溫度也隨著增大，一次風所占比例降低，二次風率提高，給煤量增大，在這些因素的綜合作用下，使得NOX的轉化率和排放濃度變大。 
　　3.2 氧量對NOX排放量的影響 
　　保持鍋爐的負荷、配風方式及制粉系統方式均不變，改變鍋爐的氧量，從而進行試驗分析。試驗結果可以看出：隨著氧量的增加，鍋爐的NOX排放量也在增加。這是因為隨著氧量的增加，爐內燃燒區域的供氧量加強，燃燒強度加強，爐膛火焰溫度升高，熱力型NOX的生成量增大。另外，燃燒區域氧濃度增加，為燃料中的氮化合物燃燒時的熱分解產物進一步氧化成NOX提供了條件，從而使燃料型NOX的生成量也增加，因此總的NOX排放量增加。 
　　3.3制粉系統對NOx排放的影響 
　　制粉系統主要是通過三次風的不同配風運行方式影響 NOx排放。表3為制粉系統不同運行方式對 NOX排放濃度的影響試驗結果。雙磨運行比單磨運行，NOx排放濃度降低了9%。三次風中較細煤粉，起到燃料再燃的效果，且因使主燃區氧量減少，同時三次風溫度相對較低，降低了該區域的溫度水平，這些都有利于降低NOX排放。 
　　3.4給粉方式對NOx排放影響 
　　3.4.1 #17，#18號給粉機對NOx影響 
　　可以看出，#17，#18號給粉機的投停，對NOx排放濃度影響很大，停止#17，#18號給粉機，NOx排放濃度可降低12%，相當于降低了爐內溫度，減少了熱力型NOx的產生，使得NOx排放濃度下降幅度大。 
　　3.4.2 給粉方式對NOx影響 
　　改變沿爐膛高度給粉方式，即相對改變了某一范圍內的粉量，風量之比，降低三四層給粉機轉數，相對提高一二層給粉機轉數的運行方式，提高了1，2層一次風噴口區域的煤粉量/風量之比，降低了火焰中心的高度，降低了NOx生成。因此在實際運行中，盡量使火焰中心下移，降低爐膛出口溫度，可適當增加一二層給粉機轉速，盡量維持在430r/min以上運行。三四層給粉機轉速平均減少30r/min，NOx 的排放就可降低30 mg/Nm3―50 mg/Nm3。盡量避免使用#17、18給粉機，如停止使用可使 NOx降低80mg/Nm3―100mg/Nm3。 
　　3.5 二次風配風方式排放量的影響 
　　本次試驗保持鍋爐的負荷、氧量、制粉系統運行方式等不變，通過改變各層的風門開度來改變配風方式在190 MW 負荷下，得到各二次風風門開度與NOX排放 。 從試驗數據看，通過加大上層二次風風量配風方式，NOX濃度從897 mg/Nm3下降到831 mg/Nm3 ，下降幅度為8%。通過合理的二次風配比，可降低NOX濃度。 
　　3.6 燃燼風風門擋板開度對NOX排放量的影響 
　　可以看出：運行中適當加大燃燼風風門擋板的開度有利于降低NOx含量。空氣中的N2在高溫下才能和O2發生反應生成NOX，增加燃燼風量必然使主燃燒器區域的氧濃度降低，這既能控制燃燒區域的火焰溫度，以能抑制燃料氮形成的中問產物與氧的化合。總之，加強了空氣分級效果，降低了NOx的排放量。但是缺氧燃燒，生成的還原性氣體使爐膛容易結焦，所以應該權衡把握。 
　　4.小結 
　　在670 t/h燃燒貧煤的鍋爐上進行燃燒調整，測試數據反映了運行工況和參數等對氮氧化物排放濃度的影響。（1）氧量對NOx排放的影響：在一定負荷下，氧量增加，NOx排放增加。（2）鍋爐負荷變化對NOx排放的影響：機組負荷的影響，實際上是氧濃度、爐膛溫度等多種因素的影響。機組負荷從190 Mw下降至 150Mw，負荷下降 26.7%，NOx排放下降40%。（3）對于倉儲式的制粉系統，不同制粉系統的運行方式對鍋爐NOx排放有較大影響，在2臺制粉系統全部運行NOx濃度較小。（4）#17，#18號給粉機的投停，對NOx排放濃度影響很大，停止#17，#18號給粉機，NOx排放濃度可降低12%，三四層給粉機轉速平均減少30r/min，NOx 的排放就可降低30 mg/Nm3―50 mg/Nm3。（5）配風方式對NOX排放的影響：對二次風配風方式進行優化，可以降低NOX濃度排放。 
　　通過合理的燃燒調整可降低NOx的排放量，同時要考慮對鍋爐效率的影響，因通過燃燒調整仍不能保證達到國家排放標準，需要借助煙氣尾部脫硝進一步處理。