火电厂锅炉燃烧器低NOx分析

莫才颂，王岗罡，何 明

( 1.广东石油化工学院机电工程学院，广东 茂名 525000；2.中国人民解放军驻211厂军事代表室，北京100076；3.茂名热电厂，广东 茂名 525000)

环保与三废利用

火电厂锅炉燃烧器低NOx分析

莫才颂1，王岗罡2，何 明3

( 1.广东石油化工学院机电工程学院，广东 茂名 525000；2.中国人民解放军驻211厂军事代表室，北京100076；3.茂名热电厂，广东 茂名 525000)

针对某火电厂锅炉烟气中 NOx 排放浓度高的情况，对原锅炉燃烧器结构和运行情况及 NOx 的产生机理进行分析，提出了燃烧器低 NOx排放的燃烧措施。

锅炉；燃烧器；低NOx改造

火电厂大气污染物排放控制问题，已越来越受到世界各国政府的关注和重视。我国在“十二五”期间将推行新的更加严格的火电厂NOx排放标准。

1 火电厂NOx的产生与危害

火电厂中大量的煤炭燃烧，随之而来的是严重的环境污染问题。氮氧化物就是煤炭燃烧过程中产生的主要污染物之一，它是一种危害人体健康和破坏大气环境的有毒物质。NOx与SO2和粉尘共存，可生成硝酸或硝酸盐气溶液，最终形成酸雨。目前我国已有占国土面积40%的地区酸雨pH值小于5.6，氮氧化物会形成光化学烟雾，对人的眼睛和呼吸道有强烈的刺激性；氧化亚氮(N2O)会破坏同温层的臭氧，使之失去对紫外线辐射的屏蔽作用，对地面生物造成伤害。

燃煤电厂排放的NOx来自电站锅炉，因此，寻找有效的锅炉燃烧优化运行技术，以实现锅炉稳定、高效而洁净的燃烧，降低锅炉的NOx排放量，对节省巨额的氮氧化物排污费用，降低设备初投资及运行费用，有效地提高机组运行的经济性，增强企业竞争力等具有重要意义。

2 煤粉燃烧过程产生NOx的机理及其影响因素

NOx主要是通过热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx这3种途径生成的，并且都在煤燃烧过程中出现。

（1）快速型NOx是由燃料挥发物中的碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮反应生成的HCN和N，再进一步与氧作用以极快的反应速率生成NOx，它的生成与温度关系不大。对于煤粉锅炉快速型NOx仅占NOx总排放量的5%左右。

（2）热力型NOx 是空气中的氮在高温下氧化而产生的。热力型NOx是随燃烧温度按指数规律增加的。热力型NOx占NOx总排放量的20%～50%。试验表明，在燃烧温度低于1500℃时，温度每增加100℃反应速率将增大6～7倍。在温度低于1350℃时生成量很少， 但在1500℃以上时就变得比较突出， 排放量与燃料型NOx接近。由此可见， 温度对这种NOx的生成影响具有决定性作用，故称其为热力反应型NOx。

（3）燃料型NOx是燃料中氮化物在燃烧过程中氧化而形成的，分为挥发分中氮与氧反应生成的挥发性NOx和焦炭中氮与氧反应生成的焦炭型NOx。燃料型NOx占NOx总排放量的60%～80%。

在生成燃料型NOx过程中，由于燃料中氮的热分解温度在600～800℃之间，首先是由挥发分中氮化物热裂解产生N、CN、HCN和NHi等中间产物，或以热解焦油的形式析出然后被氧化成挥发性NOx，挥发性NOx占燃料型NOx的60%～80%； 剩余部分氮则残存在焦炭中与氧反应生成焦炭型NOx，焦炭型NOx占燃料型NOx的20%～40%。

可见氮的释放程度与挥发分析出过程密切相关，在燃烧初期控制煤粉气流中的供氧量就能够降低燃料型NOx的生成。研究表明，在氧化性气氛中，随着过量空气系数的增加，由挥发分生成的NOx将迅速增加，明显超过焦炭NOx。显然，控制挥发分NOx具有更重要的意义。同样，控制供氧量也将抑制燃料型NOx的生成。

3 降低NOx排放的燃烧措施分析

3.1 低过量空气燃烧

煤燃烧过程中，烟气中过量空气的减少可以抑制NOx的生成， 这是最简单的降低NOx的方法。一般来说，采用低过量空气燃烧可以降低NOx排放15%～20%，但采用这种方法有一定的限制，如炉膛出口过量空气系数低于1.15而不采取强化二次风与火焰混合的措施，就会造成CO浓度急剧增加，从而大大增加化学不完全燃烧热损失，同时也会引起飞灰含碳量的增加，导致机械不完全燃烧热损失增加，燃烧效率会降低。

本方案中选用较高的二次风速增强其混合能力，为将来电厂探索低过量空气系数燃烧技术创造了条件。

一次风燃烧器中的钝体造成烟气回流，冲淡了一次风气流，使着火区氧浓度降低，对降低NOx排放起到一定作用。

一次风喷嘴的后部采用圆弧形，可以保证喷嘴摆动到任何位置从风室中流出的有组织空气量不变，防止燃烧器处于摆动位置时无组织风与火焰过早混合造成的NOx排放增加。

3.2 浓淡燃烧

利用煤粉浓缩器可以将一次风气流分成浓度不同的两部分，浓侧气流中有90%左右的煤粉，淡侧气流中有10%左右的煤粉，空气在这两侧基本是均匀分配的。

对浓煤粉喷口，煤粉气流中含氧量低于挥发分完全燃烧所需要的量，这就抑制了挥发性NOx的生成量。对淡侧煤粉喷口，煤粉气流中含氧量虽然高但燃料量过少，燃烧温度低仍然不利于NOX生成。图1给出了浓淡燃烧降低NOX的原理，图中C1和C2之差就是浓淡燃烧器降低的NOX生成量。

水平浓淡燃烧器浓侧气流以一定角度反切布置，可以强化风粉气流与热烟气的换热提前着火，相对推迟二次风的混合距离，对降低NOx排放起到辅助作用。

图1 浓淡燃烧降低NOX的原理

3.3 空气分级

在分级燃烧中，提供给主烧器的风量要比正常的少。燃烧空气的平衡是通过燃烧区域上方称之为燃烬风的喷嘴加入空气进炉膛实现的。分级送风的原理是：(1) 以比正常要求少的风量供给燃烧器，严格限制NOx的生成。(2) 在过燃风引入之前浓相燃料有较长的停留时间，使得燃料中的结合氮有机会在缺氧区内逸出，并能消除存在的NOx。(3) 燃烬风高速喷入炉膛，以保证与燃烧烟气流的混合，提供完全燃尽所需要的空气。

对于中储仓式制粉系统的锅炉NOx排放量很大程度上取决于一次风量的大小和浓淡燃烧器是否工作可靠，因此要注意下述因素影响：(1) 在不堵管的前提下降低一次风速有利于降低NOx排放。(2)在任何负荷，都投运所允许的最少数量燃烧器运行。(3) 及时更换磨损的一次风浓缩器叶片。(4) 确保所有的二次风挡板工作可靠且开度指示正确。

4 结语

经过实践，在锅炉燃烧器采取降低NOx排放的措施后，NOx的排放大幅度下降，能适应调剂煤质的要求，锅炉运行稳定。

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Analysis for Low-NOx of Power Plant Boiler Burner

MO Cai-song1, WANG Gang-gang2, HE Ming3
(1.College of Mechinery and Electronic Engineering，，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China；2.PLA Military Delegate Chamber Stationed in Factory 211，Beijing 100076，China；3. Maoming Thermal Power Plant，Maoming 525000， China)

TK 223.23

B

1671-9905(2014)04-0058-02

广东省茂名市科技计划项目（2011010）

莫才颂（1973-），男，硕士，副教授，主要从事机械设计及理论、化工机械设备、电力设备与机电工程等教学与研究工作，电话:13929722166，0668-2923125，E-mail:mcs2000@126.com

2014-01-10