发电运行之家
目前, 世界上降低燃煤锅炉燃烧产生 NOx 的措施分为两类, 即烟气净化技术和低 NOx 燃烧技术。在我国, 烟气净化技术的投资虽然相对较高, 但脱除 NOx 的效率很低, 面对日益严格的环保排放标准, 增加烟气净化装置势在必行; 低 NOx 燃烧技术则能在不显著增加成本的情况下降低 NOx 浓度, 达到降低净化装置运行费用的目的, 值得大力推广应用。
1 产生的原因和降低方法 NOx 生成的原因:
1) 热力型 NOx: 是空气中氮在高温(1400℃以上) 下氧化产生;
2) 快速型 NOx: 是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的 CH 自由基和空气中氮气反应生成 HCN和 N, 再进一步与氧气作用以极快的速度生 成 NOx;
3) 燃料型 NOx: 是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的 NOx, 称为燃料型 NOx。
2 降低方法：
1) 在燃用挥发分较高的烟煤时, 燃料型 NOx 含量较多, 快速型 NOx 极少。燃料型 NOx 是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成 NOx,燃料中氮并非全部转变为 NOx, 它存在一个转换率, 降低此转换率, 控制 NOx排放总量, 可采取:
(1) 减少燃烧的过量空气系数;
(2) 控制燃料与空气的前期混合;
(3) 提高入炉的局部燃料浓度。
2) 热力型 NOx: 是燃烧时空气中的 N2 和 O2 在高温下生成的 NOx, 产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性; 然后是高的氧浓度, 要减少热力型 NOx 的生成, 可采取
(1) 减少燃烧最高温度区域范围;
(2)降低锅炉燃烧的峰值温度;
(3) 降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度等措施。
具体来说, 就是在保证锅炉燃烧安全的前提下, 采取以下措施来减少氮氧化物的生成:
(1) 低过量空气燃烧
使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行, 随着烟气中过量氧的减少, 可以抑制 NOx 的生成。这是一种最简单的降低 NOx 排放的方法。一般可降低 NOx 排放 15~20%。但如炉内氧浓度过低(3%以下) , 会增加化学不完全燃烧热损失, 引起飞灰含碳量增加, 使锅炉燃烧效率下降。因此, 在 锅炉运行时, 应选取最合理的过量空气系数。
(2) 空气分级燃烧
基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成, 采用倒三角的配风方式。在第一阶段预燃阶段, 将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少(相当于理论空气量的 80%) , 使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α 1 的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了 简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小, 抑制 NOX 的生成效果越好, 但不完全燃烧产物越多, 导致燃烧效率降低、 引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此, 为保证既能减少 NOX 的排放, 又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性, 必须正确组织空气分级燃烧过程。
(3) 燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的 NO 遇到烃根 CHi 和未完全燃烧产物 CO、 H2、 C 和CnHm 时, 会发生 NO 的还原反应, 重新还原为 N2。利用这一原理, 将主要燃料送入第一级燃烧区, 在α >1 条件下, 燃烧并生成 NOX。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料, 其余 15~20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区, 在α <1 的条件下形成很强的还原性气氛, 使得在一级燃烧区中生成的NOX 在二级燃烧区(再燃区) 内被还原成氮分子, 送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料, 或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的 NOX 得到还原, 还抑制了新的 NOX 的生成, 可使 NOX 的排放浓度进一步降低。在采用燃料分级燃烧时, 为了 有效地降低 NOX 排放, 再燃区是关键。因此, 需要研究在再燃区中影响 NOx 浓度值的因素。
(4) 烟气再循环
目 前使用较多的还有烟气再循环法, 它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内, 或与一次风或二次风混合后送入炉内, 这样不但可降低燃烧温度, 而且也降低了氧气浓度, 进而降低了 NOX 的排放浓度。但是, 在现有设备没再循环就得进行设备改造, 还是进行经济性和安全性比较后才能实施。
根据运行调整经验， 均等送风方 式相对稳定， 但是燃烧区域比较集中， 煤粉燃烧基本是在富氧状态下完成，容易生成 NOx。
应对措施：
1、 燃料风采用均等送风方式；
2、 辅助风 AA、 AB、 BC、 CD 层采用“倒三角” 配风：
（1） 若负荷较大需要开启 D 排：燃尽风开完， 减少 DD 层开度配合汽温辅助调节。
（2） 若不需要开启 D 排：燃尽风保持一定开度， DD 层辅助风开度根据 NOx 排放浓度进行适当调整。
3 总结
根据我厂设备情况在不改造设备的条件下并结合上述方法, 确保安全燃烧同时采用降低氧量、 加大下层煤粉浓度、 采用倒三角配风来控制氮氧化物, 并兼顾了 锅炉运行的经济性, 在同负荷和同种煤种的前提下, 试验前后燃烧比较 NOx 降低了 22%左右; 试验证明采用低氮燃烧技术在降低 NOx 方面取得了 比较明显的效果。但选择合理的 NOx 控制措施必须兼顾燃烧经济性的影响。
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