鍋爐燃燒調(diào)整對氮氧化物排放的影響

1、鍋爐燃燒調(diào)整對氮氧化物排放的影響摘 要：闡述了熱力型、燃料型和快速型氮氧化物（NOX的生成機理，并 以某臺680 t/h鍋爐為對象進行試驗，分析了鍋爐在進行燃燒調(diào)整過程中二次風(fēng) 箱與爐膛壓差、配風(fēng)方式、氧量、磨煤機組合運行方式等因素對 NOx排放量的影 響，得出結(jié)論：采用水平濃淡燃燒技術(shù)、在燃燒器頂部布置二次風(fēng)，以及進行燃 燒調(diào)整優(yōu)化，可降低鍋爐NOX的排放量。最后指出，應(yīng)在不影響鍋爐效率的情況 下，對燃燒進行調(diào)整優(yōu)化，來達到減少NOx排放的目的。關(guān)鍵詞：鍋爐；NOx排放；燃燒調(diào)整；配風(fēng)方式；效率In flue nee of boiler combusti on regulati on on

2、emissi on of n itric oxidesWEN Zhiyo ng, SONG Jin ghui(Gua ngdo ng Power Test & Research In stitute, Gua ngzhou 510600, Chi na)Abstract: The generation mechanism of nitricoxides ( NOR are expounded in this paper.A 680 t/h boiler is tested to analyze the effectof such factors as differential pressure

3、of sec on dary air box and fur nace, air distributi onmode,oxyge n conten t,coal pulverizeroperati on mode on NOxemissi on duri ng boiler combusti on regulati on .It is con cludedthat adopti ng horiz on tal bias combusti on tech ni que,distributi ng overfire air( OFAand optimizing the combustion can

4、 realize low NOx emission without prejudice to boiler efficie ncy.Keywords: boiler;NOxemission;combustion regulation;air distributionmode;efficie ncy隨著我國實行可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，經(jīng)濟建設(shè)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展已成為可持續(xù) 發(fā)展的一項重要內(nèi)容，因此環(huán)境保護已成為當前和今后一項任重而道遠的工作。 在燃煤電廠排放的大氣污染物中，氮氧化物（NOx因為對生態(tài)環(huán)境和人體健康 的危害極大，且難以處理，所以成為重點控制排放的污染物之一。由于環(huán)保滯后, 特別是治理資金的

5、匱乏，我國對NOx的治理還很有限，因此通過燃燒調(diào)整來減少 燃煤電廠污染物的排放，特別是 NOx的排放，具有積極的意義。1NOx的生成機理NOx主要指NC和NO,其次是NQ, NO, NQ和NQ。在發(fā)電廠鍋爐的煤粉 燃燒過程中，NOx的形成途徑主要有兩條：一是有機地結(jié)合在煤中的氮化物在高 溫火焰中發(fā)生熱分解，并進一步氧化而生成 NOx二是供燃燒用的空氣中的氮在 高溫狀態(tài)與燃燒空氣中的氧發(fā)生化合反應(yīng)而生成NOx在煤粉鍋爐生成的NOx中，主要是NO約占95% 而NO僅占5流右，NQ, NO, N4和NQ的量很少。NOx 的生成量與鍋爐的容量、結(jié)構(gòu)、燃燒設(shè)備、煤種、爐內(nèi)溫度水平和氧量、運行方 式等有關(guān)

6、。煤燃燒過程中所生成的NOx有三種類型，即熱力型NOx燃料型NOx和快速 型NOx1.1熱力型NOx的生成熱力型NOx是燃燒空氣中的氮在高溫下氧化而成的。 其生成機理是由前蘇聯(lián) 科學(xué)家捷里道維其(Zeldovich )提出的，按這一機理，熱力型 NOx的生成主要 由以下鏈鎖反應(yīng)來描述：* NO+ NN + (). NO ().熱h呷! NO.的主成速率滿足Arrhenius定律可采川以下衣達式衣朋：dr(NO也斯=宿xii廣：理(人兒“y(皿卄列e式中：t反應(yīng)時間；T反應(yīng)溫度；c(NO)NO的濃度;c(O2)Q的濃度；c(N2)2的濃度。由上式可以看出，影響熱力型NOx生成量的主要因素有燃燒反

7、應(yīng)的溫度、 氧 氣濃度和反應(yīng)時間，而且溫度對熱力型NOx的生成影響最大。實際上在1 350 C以下，熱力型NO)生成量很少，但隨著溫度的上升，熱力型N0)生成量迅速增加,溫度達1 600 C以上時，熱力型 NOx占NOx生成總量的25%- 30%1.2燃料型NOx的生成燃料型NOx占煤粉鍋爐NOx生成總量的70%-80% 一般認為，燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃燒過程中發(fā)生熱分解，并進一步氧化而生成的，同時還 存在NO的還原反應(yīng)。燃料型NOx的生成和還原機理相當復(fù)雜，至今仍無法解析 清楚。燃料型NOx的生成可用下式表示:燃料型NOx的生成和還原不僅與煤種的特性、煤中氮化合物存在的狀態(tài)、煤

8、中的氮熱分解時在揮發(fā)分和焦碳中分配的比例和各自的成分有關(guān)，還與氧的濃 度、燃燒溫度相關(guān)。1.3快速型NOx的生成快速型NOx的生成是通過燃料產(chǎn)生的CH原子團撞擊N分子，生成HCN類化 合物，再進一步氧化而生成的，這個反應(yīng)很快，所以稱為快速型NOx快速型NOx 的生成可由以下式子表示：CH + N= *i!CN + N.HCN +OH) KCM HUH) + CO溫度對快速型NOx的生成影響很小，與熱力型和燃料型 NOx的生成量相比， 快速型NOx的生成量要少得多。1.4NOX生成量與火焰溫度的關(guān)系一般來說，熱力型NOx燃料型NOx和快速型NOx的生成量隨火焰溫度變化 的規(guī)律，可以由圖1定性描述

9、。J：塢洱煤e圖1 MO生成與火焰溫度的黃系2鍋爐燃燒調(diào)整對NOx排放量的影響試驗2.1鍋爐的概況為分析鍋爐燃燒調(diào)整對NOx排放的影響，以某臺680 t/h鍋爐為對象，進行 了試驗研究。該鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計制造的超高壓、一次中間再熱、自然循環(huán)、 平衡通風(fēng)、煤粉固態(tài)排渣汽包爐，型號為 DG680/13.7-20，燃用煤種為煙煤，設(shè) 計燃煤成分和試驗時的燃煤成分如表 1所示。鍋爐配用中速磨冷一次風(fēng)正壓直吹 式制粉系統(tǒng)，共有5臺北京電力設(shè)備總廠制造的ZGM80型中速輥式磨煤機，其 中4臺運行1臺備用。煤粉燃燒器布置在爐膛四角，切圓燃燒，四角燃燒器中心 線與爐膛中心形成兩個相切的假想切圓， 假想切圓

10、直徑分別為736 mm和391 mm 采用水平濃淡分離燃燒器，燃燒器噴口布置見圖 2，燃燒器的這種結(jié)構(gòu)和布置應(yīng) 用了低NOx燃燒技術(shù)，可以保證NOx的排放量比較低。2.2試驗方法按GB 10184-1988電站鍋爐性能試驗規(guī)程進行鍋爐燃燒調(diào)整試驗。燃 燒調(diào)整每個工況鍋爐負荷基本上保持在滿負荷。采用網(wǎng)格法在空氣預(yù)熱器的進、 出口分別進行煙氣取樣，經(jīng)混合器混合后送到煙氣分析小車進行分析。空氣預(yù)熱器進口溫度和排煙溫度用網(wǎng)格法進行測量， 采用網(wǎng)格法等速取樣空氣預(yù)熱器出口 的飛灰，爐渣在撈渣機出口取樣。鍋爐的效率用反平衡法進行計算。NOx的濃度換算為 (Q)=6%條件下的濃度。3試驗分析3.1風(fēng)箱與爐膛

11、壓差對NOx排放量的影響保持鍋爐的負荷、配風(fēng)方式、氧量、磨煤機組合方式均不變，通過改變二次 風(fēng)箱與爐膛壓力的差壓 p來進行試驗，結(jié)果如表2所示。9 I迎計鰹艱處分科試羿瞄燼冬成分分轎討It4 nUlHtWttvtwe訃2i3X朝4)1時 H” ：%:Hi皆51帕（L5 h7K.工 CiSiH 4閭A叫1Fn冷W dLnit hiiil,H fU冏?i LUI2-4 M2S丹U： H 韓IN)“ l(4. flM Iw 1fci rj1 MJ L|2閘M 射H瓠Qi “ i Mf + Xg釦.小$刪jii Ml.如27牌5 niKJ w肌慎V令粧城膽幣實*2 z:2S2 V*tJkul, ,h2

12、 1*l.陶*1. M3 糕爐申篁養(yǎng)址羈的試聒耳Ft單LOt -2 *IVHf i - * or”(Hy f - 1 狎 E* 唧牡。i - M5#|*l( j - 4 計tN). f( mg m -楓524#T、.口冒巧z2嚴)M-Jiff1 %1 K|玄滬效挙吃ikW砧g NVLVK鍋護采用不周配鳳方式時的試虢 R切勾配氓力試止三創(chuàng)記酬權(quán)配riffpr甩片式燦力慮風(fēng)方式NQ1 故扯(TUgF 1142訕21S.U), ttN飛恥町憚內(nèi)海蒂%t W1111.?.n爐卅叫燼禍含帥%I； 3q石hJ4 “IXi怫氓然1究心%1 M& Of.S uiIMj1 J1、112 u7然押丸和%j *1妒

13、敕* %9； M|V1112代14從表3數(shù)據(jù)可以看出，隨著氧的體積分數(shù) (02)的增加，鍋爐的NOx排放量 也在增加，在 (02)增加到一定程度以后，NOx排放量的增加漸趨平緩。這是因 為隨著 (02)的增加，爐內(nèi)燃燒區(qū)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(qū)域氧濃度增加，為燃料中的氮 化合物燃燒時的熱分解產(chǎn)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。然而，隨著 (O2)的進一步增大， 送入鍋爐的風(fēng)量已經(jīng)過大，造成燃燒區(qū)域的火焰溫度降低，從而使熱力型 NOx 的生成量減少，因此總的NOx排放量的

14、增加趨勢平緩，若 (O2)進一步增大，NOx 的生成量還會有降低的趨勢。3.3鍋爐的配風(fēng)方式對NOx排放量的影響 保持鍋爐的負荷、氧量、風(fēng)箱與爐膛的壓差、磨煤機組合方式等不變，通過 不同的配風(fēng)方式進行試驗，結(jié)果如表 4 所示。從表4可以看出，倒三角配風(fēng)方式鍋爐NOx排放量最低，而正三角配風(fēng)方式 NOx排放量最高，其它兩種配風(fēng)方式NOx的排放量居中。這種現(xiàn)象可以這樣解釋： 采用倒三角配風(fēng)方式， 在主燃燒區(qū)域， 鍋爐氧量相對較低， 因此燃燒的火焰溫度 也要相對低一些，熱力型NOx和燃料型NOx的生成量都減少；在燃燒器區(qū)域上部 送入過量的空氣， 有助于燃料燃盡， 從表 4可看出這種配風(fēng)方式飛灰可燃物

15、是最 低的，而且該區(qū)域不是主燃燒區(qū)域，火焰溫度比較低，即使該區(qū)域氧量比較大， NOx的生成量也不會增大，因此，總的 NOx排放量比較低，這也說明頂部二次風(fēng)(OFA的投入確實能減少NOx的生成量；由于燃燒區(qū)域下部送入風(fēng)量比較少， 對進入爐膛的煤粉頂托能力不夠， 致使爐渣可燃物含量比較大。 采用正三角配風(fēng) 方式，鍋爐的主要風(fēng)量都從爐膛燃燒區(qū)域下部送入， 使得主燃燒區(qū)域氧量比較大， 燃燒的火焰溫度也相對較高，從而使熱力型NOx和燃料型NOx的生成量增加，總 的NOx排放量也就增大。但是該配風(fēng)方式下的爐渣可燃物含量會大大降低。3.4磨煤機組合運行方式對NOx排放量的影響保持鍋爐的負荷、風(fēng)箱與爐膛壓差、

16、 氧量和配風(fēng)方式不變， 通過不同的磨煤 機組合運行方式進行試驗，結(jié)果如表 5 所示。*5 Jlflt紈不同組合運行方式下的試裟緒果環(huán)日Aftct ifrm &1 Ftig-m-1 J523. JJ543 IM1E躱町燃徇含甘%2. 17i中1is.鈿2 SVt M*l2.刑從表5可以看出，ABDE磨組合運行方式的NOx排放量要比ABCE磨組合運行 方式的NOx排放量高。其主要原因是：對于 ABDE磨組合運行方式，高溫區(qū)域沿 爐膛高度方向比較長；而對于ABCE磨組合運行方式，高溫區(qū)域主要集中在下部， 沿爐膛高度方向就比較短，所以其熱力型 NOx的生成量就比ABDE磨組合運行方 式的少，從而使ABCE磨組合運行方式總的NOx排放量要比ABDE磨組合方式的 少一些。4結(jié)論通過以上試驗與分析，得出如下結(jié)論：a）采用水平濃淡燃燒技術(shù)和在燃燒器頂部布置二次風(fēng)（ OFA的方法，可以 使鍋爐的NOx排放量比較少，本臺鍋爐采用該項技術(shù)，在滿負荷時， NOx的排放 量沒有超過國家標準（650mg/m）。b）通過對鍋爐的燃燒調(diào)整優(yōu)化，可以在保證鍋爐熱效率比較高的情況下， 減