燃烧调整对NOX排放影响

　　1.引言 
　　煤燃烧的排放物对大气环境的污染，其中危害最大且难处理的是氮氧化物。研究发现，每燃烧lt煤就产生8～9kg氮氧化物，所以燃煤锅炉是当前氮氧化物污染的主要来源之一。由于氮氧化物会造成酸雨和光化学烟雾，对人类健康乃至整个生态系统的危害相当大，故对其排放量的控制早已引起全球范围的普遍重视。目前控制NOX排放的主要措施有燃烧中脱硝和燃烧后脱硝两种，由于目前我厂的低氮燃烧器和脱硝装置尚未投入使用，如果在燃烧中通过合理的燃烧调整，来减少燃煤电厂污染物的排放，具有积极的意义。 
　　2.煤燃烧过程中NOX的生成机理 
　　2.1燃料型NOx的生成 
　　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，影响燃料型NOx 生成与还原的因素包括煤质与燃烧设备运行参数两方面的因素。影响燃料型NOx转化率的煤质因素包括：燃料中氮的含量、氮化合物存在的状态、固定碳与挥发分的含量之比、 氮在热解时析出的过程及在挥发分和焦炭中分配的比例等；运行因素包括：燃烧区域的氧浓度、燃烧温度等。 
　　2.2热力型NOx的生成 
　　热力型NOx是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx，影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反应的温度、氧气浓度和反应时间，主要控制因素是温度，温度对热力型NOx生成速率的影响呈指数函数关系。影响热力型NOx生成的另一个主要因素是反应环境中的氧浓度比。因此控制热力型NOx生成量的方法概括为：降低燃烧温度水平，避免局部高温；降低氧气浓度；缩短燃烧产物在高温区内的停留时间。 
　　3.燃烧调整及与分析 
　　为分析锅炉燃烧调整对NOX排放的影响，以电厂一期#1号670t/h锅炉为对象，进行了试验研究。该锅炉为东方锅炉厂设计制造的超高压中间再热，自然循环固态排渣煤粉炉，燃用煤种为晋中贫煤，仓储式制粉系统，煤粉燃烧器布置在炉膛四角，切圆燃烧，采用水平浓淡分离燃烧器。本文通过燃烧调整分别对锅炉负荷，氧量、制粉系统运行方式以及二次风配比等对NOX排放量的试验并进行分析，并得出结论。 
　　3.1机组负荷变化对NOX排放影响 
　　机组负荷的变化直接影响了炉膛温度的高低，也影响着氧浓度的高低，从而对NOX的排放产生影响，因此不同负荷下NOX的排放浓度不同。 由试验数据可知，随着锅炉负荷降低，NOX排放总体呈下降趋势。说明负荷高低（主要原因之一为炉膛温度变化）对NOX排放有着明显的影响。当炉膛处于氧化气氛时，温度升高，有利于燃料氮转化为NOX，为获得理想的NOX控制效果，燃烧器区域热负荷应该在保证着火稳定的前提下尽可能低，以减小热力型NOX的生成。当锅炉负荷增大时，炉膛温度也随着增大，一次风所占比例降低，二次风率提高，给煤量增大，在这些因素的综合作用下，使得NOX的转化率和排放浓度变大。 
　　3.2 氧量对NOX排放量的影响 
　　保持锅炉的负荷、配风方式及制粉系统方式均不变，改变锅炉的氧量，从而进行试验分析。试验结果可以看出：随着氧量的增加，锅炉的NOX排放量也在增加。这是因为随着氧量的增加，炉内燃烧区域的供氧量加强，燃烧强度加强，炉膛火焰温度升高，热力型NOX的生成量增大。另外，燃烧区域氧浓度增加，为燃料中的氮化合物燃烧时的热分解产物进一步氧化成NOX提供了条件，从而使燃料型NOX的生成量也增加，因此总的NOX排放量增加。 
　　3.3制粉系统对NOx排放的影响 
　　制粉系统主要是通过三次风的不同配风运行方式影响 NOx排放。表3为制粉系统不同运行方式对 NOX排放浓度的影响试验结果。双磨运行比单磨运行，NOx排放浓度降低了9%。三次风中较细煤粉，起到燃料再燃的效果，且因使主燃区氧量减少，同时三次风温度相对较低，降低了该区域的温度水平，这些都有利于降低NOX排放。 
　　3.4给粉方式对NOx排放影响 
　　3.4.1 #17，#18号给粉机对NOx影响 
　　可以看出，#17，#18号给粉机的投停，对NOx排放浓度影响很大，停止#17，#18号给粉机，NOx排放浓度可降低12%，相当于降低了炉内温度，减少了热力型NOx的产生，使得NOx排放浓度下降幅度大。 
　　3.4.2 给粉方式对NOx影响 
　　改变沿炉膛高度给粉方式，即相对改变了某一范围内的粉量，风量之比，降低三四层给粉机转数，相对提高一二层给粉机转数的运行方式，提高了1，2层一次风喷口区域的煤粉量/风量之比，降低了火焰中心的高度，降低了NOx生成。因此在实际运行中，尽量使火焰中心下移，降低炉膛出口温度，可适当增加一二层给粉机转速，尽量维持在430r/min以上运行。三四层给粉机转速平均减少30r/min，NOx 的排放就可降低30 mg/Nm3―50 mg/Nm3。尽量避免使用#17、18给粉机，如停止使用可使 NOx降低80mg/Nm3―100mg/Nm3。 
　　3.5 二次风配风方式排放量的影响 
　　本次试验保持锅炉的负荷、氧量、制粉系统运行方式等不变，通过改变各层的风门开度来改变配风方式在190 MW 负荷下，得到各二次风风门开度与NOX排放 。 从试验数据看，通过加大上层二次风风量配风方式，NOX浓度从897 mg/Nm3下降到831 mg/Nm3 ，下降幅度为8%。通过合理的二次风配比，可降低NOX浓度。 
　　3.6 燃烬风风门挡板开度对NOX排放量的影响 
　　可以看出：运行中适当加大燃烬风风门挡板的开度有利于降低NOx含量。空气中的N2在高温下才能和O2发生反应生成NOX，增加燃烬风量必然使主燃烧器区域的氧浓度降低，这既能控制燃烧区域的火焰温度，以能抑制燃料氮形成的中问产物与氧的化合。总之，加强了空气分级效果，降低了NOx的排放量。但是缺氧燃烧，生成的还原性气体使炉膛容易结焦，所以应该权衡把握。 
　　4.小结 
　　在670 t/h燃烧贫煤的锅炉上进行燃烧调整，测试数据反映了运行工况和参数等对氮氧化物排放浓度的影响。（1）氧量对NOx排放的影响：在一定负荷下，氧量增加，NOx排放增加。（2）锅炉负荷变化对NOx排放的影响：机组负荷的影响，实际上是氧浓度、炉膛温度等多种因素的影响。机组负荷从190 Mw下降至 150Mw，负荷下降 26.7%，NOx排放下降40%。（3）对于仓储式的制粉系统，不同制粉系统的运行方式对锅炉NOx排放有较大影响，在2台制粉系统全部运行NOx浓度较小。（4）#17，#18号给粉机的投停，对NOx排放浓度影响很大，停止#17，#18号给粉机，NOx排放浓度可降低12%，三四层给粉机转速平均减少30r/min，NOx 的排放就可降低30 mg/Nm3―50 mg/Nm3。（5）配风方式对NOX排放的影响：对二次风配风方式进行优化，可以降低NOX浓度排放。 
　　通过合理的燃烧调整可降低NOx的排放量，同时要考虑对锅炉效率的影响，因通过燃烧调整仍不能保证达到国家排放标准，需要借助烟气尾部脱硝进一步处理。