NOx生成及控制措施

1、NOx生成及控制措施概述中國是一個以煤炭為主要能源的國家，煤在一次能源中占75%,其中84%以上是通過燃燒方法利用的。煤燃燒所釋放出廢氣中的氮氧化物(NOx),是造成大氣污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)引起的環(huán)境問題和人體健康的危害主要有以下幾方面：氮氧化物(NOx)的主要危害：(1)NOx對人體的致毒作用，危害最大的是NO2主要影響呼吸系統(tǒng)，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾??；(2)NOx對植物的損害；(3)NOx是形成酸雨、酸霧的主要污染物；(4)NOx與碳?xì)浠衔锟尚纬晒饣瘜W(xué)煙霧；(5)NOx參與臭氧層的破壞。不同濃度的NO2寸人體健康的影響濃度(ppm)影響1.0聞到臭味5.0聞到很

2、強(qiáng)烈的臭味10-15眼、鼻、呼吸道受到強(qiáng)烈刺激501分鐘內(nèi)人體呼吸異常，鼻受到刺激8035分鐘內(nèi)引起胸痛100-150人在30-60分鐘就會因肺水月中死亡200以上人瞬間夕匕亡二、燃煤鍋爐NOx生成機(jī)理氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染源之一。通常所說的NOx有多種不同形式：N20NONO2N2O3N2O雜口N2O5其中NO和NO提重要的大氣污染物，另外還有少量N20我國氮氧化物的排放量中70%來自于煤炭的直接燃燒，電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NOX非放的主要來源之一。煤的燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOX主要是一氧化氮（NO和二氧化氮（NO2,在煤燃燒過程中氮氧化物的生

3、成量和排放量與煤的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等密切相關(guān)。燃燒形成的NOXfe成途徑主要由以下三個：為燃料型、熱力型和快速型3種。其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不計。1. 熱力型NOx指空氣中的氮?dú)猓∟2）和氧（O2）燃料燃燒時所形成的高溫環(huán)境下生成的N5口NO2的總和，其總反應(yīng)式為：N2O22NONOO2NO2當(dāng)燃燒區(qū)域溫度低于1000c時，NO的生成量較少，而溫度在1300c1500C時，NO的濃度約為5001000ppm而且隨著溫度的升高，NOx的生成速度按指數(shù)規(guī)律增加，當(dāng)溫度足夠高時熱力型NOx可達(dá)20%因此，溫度對熱力型NOX勺生成具有絕對性的作用，過量空氣系數(shù)和煙氣

4、停留時間對熱力型NOxW生成有很大影響。根據(jù)熱力型NOX勺生成過程，要控制其生成，就需要降低鍋爐爐膛燃燒溫度，并避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)，以降低熱力型NOX勺生成。2. 燃料型NOx燃料型NOx的生成是燃料中的氮化合物在燃燒過程中氧化反應(yīng)而生成的NOx稱為么料型NOx燃煤電廠鍋爐中產(chǎn)生的NOx中大約75%-90娓燃料型NOx因此料型NO娓燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生NOx的主要途徑。研究燃料型NOxW生成和破壞機(jī)理，對于控制燃燒過程中NOxW生成和排放，具有重要的意義。在燃料燃燒生成NOxW過程中，如遇到炫（CH）或碳（C）日NOe會被還原成氮分子N2,這一過程中被稱為NO的再燃燒或燃料分級燃燒。根據(jù)這一原理，

5、將進(jìn)入鍋爐爐膛的煤粉分層分級引入燃燒，可以有效地控制NOxW生成與排放。燃料型NOxW生成和破壞過程不僅與煤種特性、燃料中的氮化合物受熱分解后在揮發(fā)分和焦炭中的比例、成分和分布有關(guān)，而且其反應(yīng)過程還和燃燒條件（如溫度和氧）及各種成分的濃度密切相關(guān)。在燃料進(jìn)入爐膛被加熱后，燃料中的氮有機(jī)化合物首先被熱分解成氰（HCN,氨（NH4和CN等中間產(chǎn)物，它們隨揮發(fā)份一起從燃料中析出，被稱為揮發(fā)分M揮發(fā)分N析出后仍殘留在燃料中的氮化合物，稱為焦炭N。在一般情況下，燃料型NOx的主要來源是揮發(fā)N,其占總量的60%-80%其余為焦炭N所形成。在氧化性環(huán)境中生成的NOx遇到還原性氣氛時，會還原成N2因此鍋爐燃燒

6、最初形成的NOx并不等于其排放濃度，而隨著鍋爐燃燒條件的改變，生成的NO河能被還原，或被破壞。煤中的N在燃燒過程中轉(zhuǎn)化為NOxW量與煤的揮發(fā)份及燃燒過量空氣系數(shù)有關(guān)，在過量空氣系數(shù)大于1的氧化性氣氛中，煤的揮發(fā)分越高，NOx的生成量就越多，過剩空氣系數(shù)小于1,高揮發(fā)份燃煤的NOx生成量較低，其主要原因是高揮發(fā)份的燃料迅速燃燒，使燃燒區(qū)域氧量降低，不利于NOx的生成。綜合的說，燃料型NO對旨燃料中含氮化合物在燃燒過程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化而生成NOx其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NO四占NOx總生成量的75%-90%過量空氣系數(shù)越高，NOx的生成和轉(zhuǎn)化率也越高。3.快速型NOx

7、指燃燒時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主要是指燃料中碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的燒，與燃燒空氣中的N2發(fā)生反應(yīng)，形成的CN和HCN繼續(xù)氧化而生成的NOx在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳?xì)淙剂蠒r才予以考慮。在這三種形式中，快速型NOx所占比傷J不到5%;在溫度低于1300c時，幾乎沒有熱力型NOx對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NO底要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生?？刂芅Oxf非放的技術(shù)指標(biāo)可分為一次措施和二次措施兩類，一次措施是通過各種技術(shù)手段降低燃燒過程中的NO在成量；二次措施是將已經(jīng)生成的NOxS過技術(shù)手段從煙氣中脫除。三、燃煤鍋爐NOx生成因素1.爐

8、溫對NOXk成的影響：爐溫主要影響熱力NOX勺生成量從而影響總的NO&成量。爐溫越高，所占比例越大。2 .過?？諝庀禂?shù)對NOXfe成的影響：過剩空氣系數(shù)對燃料NOX、熱力NO雙快速NOX勻有影響，但影響的趨勢不同，當(dāng)開始增加時，熱力NO*口燃料NO滯增力口，當(dāng)超過時熱力NO海少，燃料NOX昧續(xù)增加，總的NOXit%的增加而增加。3 .預(yù)熱空氣溫度對NOXfe成的影響：如果提高預(yù)熱空氣溫度，則煤粉著火提前，這樣可提高爐內(nèi)溫度水平，使熱力NOX曾加，同時燃燒初始區(qū)的溫度水平，使揮發(fā)分大量析出，因而揮發(fā)分NO雙量增加。所以預(yù)熱空氣溫度越高，NOXfe成量越多。4 .煤質(zhì)對NO雙成的影響：(1

9、)揮發(fā)分的影響：當(dāng)揮發(fā)分增加時，著火提前，溫度峰值和平均溫度均會有所提高，熱力NOX曾加；同時揮發(fā)分含量增多，使得燃料型NO池會提高；(2)水分的影響：水分增加，著火延遲，則燃料與空氣之間的混合良好，即著火區(qū)氧濃度增加，燃料中的氮在著火階段停留時間增加，反應(yīng)充分，故燃料型NOX曾加。另外，水分增加，發(fā)熱量降低，溫度水平降低，熱力型NOXI低，但總NOX勺生成量增加。(3)含氮量的影響：隨含氮量的增加，NOX曾加。5 .煤粉細(xì)度對NO&成的影響：在不考慮低氮燃燒時，煤粉細(xì)度越細(xì)，則燃燒越快，溫度越高，熱力NOXS多；同時，煤粉加熱快，溫度峰值高，則析出的揮發(fā)分多。而且此時與空氣混合程度高

10、，燃料NO疹。6 .負(fù)荷對NOX勺影響：隨著負(fù)荷的降低，爐膛溫度降低，熱力型NOXfe產(chǎn)量降低，但負(fù)荷降低，過量空氣系數(shù)增加，總的燃燒區(qū)過量空氣量增加，燃料型NOX曾加，因此，在負(fù)荷降低過程中，NO貽量先降低后升高。四、降低燃料型NOX非放的主要技術(shù)措施低NOX然燒技術(shù)：NOx的形成起決定作用的是燃燒區(qū)域的溫度和過量空氣系數(shù)，因此，通過控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量，已達(dá)到阻止NOx的生成及降低其排放的目的，我們稱該技術(shù)為低氮燃燒技術(shù)。對低氮燃燒技術(shù)的要求是，在降低NOxW同時，使鍋爐燃燒穩(wěn)定，且飛灰含碳量不能超標(biāo)。為了控制燃燒過程中NOx的生成量所采取的措施原則為：（1）降低過量空氣系數(shù)和氧氣濃

11、度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；（2）降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)；（3）縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間等。低NOx然燒技術(shù)主要包括：低過量空氣系數(shù)、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOx然燒器。1、低過量空氣燃燒使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOX勺生成。這是一種最簡單的降低NO）#放的方法。一般可降低NO）#放1520%但如爐內(nèi)氧濃度過低（3%以下），會增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，使鍋爐燃燒效率下降。因此，在鍋爐運(yùn)行時，應(yīng)選取最合理的過量空氣系數(shù)。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(fēng)方

12、式。在第一階段預(yù)燃階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少（相當(dāng)于理論空氣量的80%）,使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時第一級燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)<1,因而降低了燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平。因此，不但延遲了燃燒過程，而且在還原性氣氛中降低了生成NOX勺反應(yīng)率，抑制了NOXfe這一燃燒中的生成量。第二階段燃燼階段，為了完成全部燃燒過程，完全燃燒所需的其余空氣則通過布置在主燃燒器上方的專門二次風(fēng)噴口送入爐膛，與第一級燃燒區(qū)在“貧氧燃燒”條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，在>1的條件下完成全部燃燒過程。這一方法彌補(bǔ)了簡單的低過量空氣燃燒的缺點(diǎn)。在第一級燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)越小，抑制NO

13、X勺生成效果越好，但不完全燃燒產(chǎn)物越多，導(dǎo)致燃燒效率降低、引起結(jié)渣和腐蝕的可能性越大。因此，為保證既能減少NOX勺排放，又保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，必須正確組織空氣分級燃燒過程。3、燃料分級燃燒在燃燒中已生成的NO遇到炫根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物COH2、C和CnHnS1會發(fā)生NO的還原反應(yīng)，重新還原為N2。利用這一原理，將主要燃料送入第一級燃燒區(qū)，在>1條件下，燃燒并生成NOX送入一級燃燒區(qū)的燃料稱為一次燃料，其余1520%勺燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)，在<1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級燃燒區(qū)中生成的NO難二級火燒區(qū)（再燃區(qū)）內(nèi)被還原成氮分子，送入二級燃燒

14、區(qū)的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOX導(dǎo)到還原，還抑制了新的NOX勺生成，可使NOX的排放濃度進(jìn)一步降低。在采用燃料分級燃燒時，為了有效地降低NOX排放，再燃區(qū)是關(guān)鍵。因此，需要研究在再燃區(qū)中影響NOx濃度值的因素。4、煙氣再循環(huán)目前使用較多的還有煙氣再循環(huán)法，它是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進(jìn)而降低了NOX勺排放濃度。但是，在現(xiàn)有設(shè)備沒再循環(huán)就得進(jìn)行設(shè)備改造，還是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性比較后才能實(shí)施。四、我廠燃燒器布置我廠燃燒方式采用四角切圓燃燒。一、二次風(fēng)噴口

15、均可上下擺動，擺動角度能達(dá)到設(shè)計值，最大擺角為300。噴口的擺動由能反饋電信號的（420mA的進(jìn)口氣動智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有足夠的扭矩，能使燃燒器擺動靈活，四角同步，每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求有一個420mAi置反饋并送至DCS燃燒器上設(shè)有擺動角度指示標(biāo)志。主風(fēng)箱設(shè)有五層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)）。在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有一層輔助風(fēng)噴嘴，在主風(fēng)箱上部設(shè)有三層緊湊燃燼風(fēng)噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有一層二次風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部布置有高位燃燼風(fēng)燃燒器，包括三層可水平擺動的分離燃盡風(fēng)（高位燃燼風(fēng)）噴嘴。SOFA風(fēng)噴嘴可上下和左右水既可自動上下擺動30°的，又可手動

16、左右擺動15°平擺動，來控制爐膛出口煙溫偏差。一次風(fēng)噴口應(yīng)采用防止燒壞或磨損的新型合金材料制造，當(dāng)燃燒器檢修時，可以從外部進(jìn)行拆裝。燃燒器的設(shè)計和布置應(yīng)保證NOX非放濃度不超過250mg/Nm3行基02=6%）每臺磨煤機(jī)出口由四根煤粉管道接至同一層四角布置的煤粉燃燒器，煤粉管道直徑530x10mm在入口彎頭和燃燒器之間布置有手動煤閘門，在檢修時可以起到隔斷的作用。一次風(fēng)煤粉燃燒器采用水平濃淡形式并設(shè)置偏置周界風(fēng)，形成濃淡兩股氣流噴入爐膛，濃相煤粉在向火側(cè)首先著火，然后點(diǎn)燃位于背火側(cè)的淡相使燃燒穩(wěn)定持續(xù)。在煤粉噴嘴內(nèi)裝設(shè)波形鈍體結(jié)構(gòu)，一次風(fēng)粉混合物射流通過鈍體時，下游產(chǎn)生一個穩(wěn)定的回流

17、區(qū)，使著火點(diǎn)穩(wěn)定；鈍體前端阻擋塊，有利于穩(wěn)定回流區(qū)；波形結(jié)構(gòu)可增加一次風(fēng)與爐內(nèi)熱煙氣接觸面積。淡相煤粉配以偏置周界風(fēng)提高了水冷壁附近的氧量，增加其氧化性氣氛，更好地防止結(jié)焦、防止高溫腐蝕。五、燃燒調(diào)整措施1 .各班組要注意監(jiān)視脫硝DCS1面各參數(shù)是否正常，保證脫硝入口煙氣NOx濃度在300mg/Nm3以下，脫硝出口煙氣NOx濃度在100mg/Nm擬下，如NO嫌度超標(biāo)，應(yīng)及時調(diào)整。2 .鍋爐燃燒氧量必須滿足設(shè)計要求，依據(jù)機(jī)組負(fù)荷（當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于180MWf）及時開啟燃盡風(fēng)擋板，滿負(fù)荷運(yùn)行時必須保證燃盡風(fēng)擋板開度大于70%，氧量高時通過降低各層燃燒器二次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)燃燒區(qū)高溫低氧、燃燼區(qū)

18、低溫高氧的燃燒方式。3 .保持水冷壁受熱面清潔，在機(jī)組負(fù)荷大于240MWf,必須投爐吹進(jìn)行水冷壁吹灰，防止水冷壁結(jié)焦造成爐膛溫度升高。4 .由于煤粉細(xì)度較細(xì)時爐內(nèi)的火焰峰值溫度較高，燃燒強(qiáng)度較大，可使NOX非放有一定增加，在不影響飛灰含碳量的前提下，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整煤粉細(xì)度。5 .由于降低熱二次風(fēng)溫度可以降低爐內(nèi)溫度水平，從而達(dá)到降低NOX非放量，在冬季適當(dāng)控制暖風(fēng)器出口風(fēng)溫，但必須確保排煙溫度滿足要求。適當(dāng)降低一次風(fēng)量也可以引起Nox排放量的降低。6 .由于負(fù)荷對NOxB響是很大的，在低負(fù)荷期間由于氧量偏大，致使NOx含量增大，要求在低負(fù)荷時加強(qiáng)燃燒的調(diào)整，確保低負(fù)荷氧量不超過當(dāng)時負(fù)荷所對應(yīng)的設(shè)定值，以減少NOX非放量。7 .在滿足磨煤機(jī)干燥、通風(fēng)、磨煤出力的前提下，盡量降低一次風(fēng)率（保證磨煤機(jī)出口風(fēng)速不低于25m/s）,適當(dāng)提高二次風(fēng)率，以實(shí)現(xiàn)燃燒器分級燃燒的目的。8 .采用調(diào)節(jié)二次風(fēng)分風(fēng)