燃烧调整对NOx排放和锅炉效率影响的研究

程瑞涛

摘 要：我国作为以煤为主要能源的发展中国家，锅炉燃烧用煤中产生的大量NOx排放物，不仅危害人体健康，还对空气质量与生态环境造成了污染。本文基于燃煤锅炉NOx的生成机理，采取对300 MW机组锅炉进行燃烧调整的实验方法，将其对NOx排放浓度及锅炉效率的影响做一观测研究，通过锅炉燃烧调整，达到提升锅炉效率和降低NOx排放量的目的。

关键词：燃烧调整；NOx；锅炉效率

据统计，燃煤火力发电在我国发电总量中占到80%以上，而我国的NOx排放有50%以上来自于电站燃煤锅炉。NOx（氮氧化物）作为大气污染物之一，一旦进入大气环境中，会引起酸雨、光化学烟雾等大气污染，破坏大气层中的臭氧层，影响人类身体健康。目前减少锅炉燃煤NOx排放的主要技术为成本较高、脱硝效率的选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）技术，但最为经济实用的还是通过燃烧调整来降低NOx排放浓度，减少脱硝成本。

1 NOx排放物的生成机理

NOx排放的生成机理比较复杂。NOx生成量与锅炉的结构、容量、煤种、燃烧设备、炉内温度水平、氧量及运行方式等因素有关。在燃煤燃烧过程中，NOx的生成机制可分为热力型、燃料型、快速型3种类型，在燃料型及热力型中NOx占主要成分，而在快速型中NOx生成量最少。控制NOx生成的方法有多种，目前对于广大电厂来说，最为经济有效的方法是通过调整燃烧过程中影响NOx的生成因素，实现减少NOx生成量，降低排放的目的。

2 锅炉燃烧调整对NOx排放浓度影响的试验

2.1 设备概况

本次实验采用某电厂300 MW机组1025 t/h锅炉为实验对象进行实验研究，分析调整锅炉燃烧对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。锅炉为DG1025/18.2-Ⅱ13型号的一次再热自然循环汽包炉。燃煤来自滇东地区的烟煤，锅炉采用的燃烧方式为四角切圆。

2.2 实验方法

根据《电站锅炉性能试验规程》（GB 10184-1988）的相关操作规定进行燃烧调整试验。实验期间，确保机组的功率保持在300MW，在锅炉燃烧状态稳定后大约2h后，在锅炉空颈器出口处对飞灰进行取样，并对温度进行持续2h的测量，同时在捞渣口取大渣样，煤机出口处取原煤样。锅炉的效率使用平衡法进行计算，NOx的浓度将换算为（O2）=6%水平下的浓度。

2.3 实验内容

由于影响NOx排放的因素主要为配风方式、炉膛氧量及锅炉负荷变化等，因此，实验将采用单一因素轮换法（改变某一工况参数实验时，其他的参数保持不变）。同样，实验要在300 MW的条件下进行。实验之时，锅炉负荷、给水温度及蒸汽参数要保持不变。

3 实验结果分析

3.1 配风方式对NOx排放及锅炉效率的影响

在保持炉膛氧量、锅炉负荷不变的前提下，配风方式沿着正搭——束腰——均等——倒搭工况的变化趋势进行。其中，NOx在正搭配风方式下排量最高；在均等配风式和束腰配风方式下的NOx排量接近，这两种配风方式下的NOx生成量都低于正搭配风方式；而倒搭配风方式下的NOx排量最低，较正搭配配风方式下的NOx排量少134～154mg/Nm3。因为在倒搭配风形式下，下组燃烧器处于贫氧燃烧状态，送风量较小，燃烧速度和燃烧温度降低，在α<1的富燃料燃烧条件下，生成了还原性的气体，促使已生成的NOx发生还原反应，从而使NOx排量有效减少。同时，上层燃烧器由于燃烧温度较高，送风量大，残留的氮会氧化成NOx，导致NOx增加，但鉴于生成有限，所以在空气分级条件下总的NOx生成量呈下降趋势。倒搭型配风可能会造成汽温产生一定的变化，可以采取摆动燃烧器摆角等方法来加以调节，由于锅炉排烟热损失和未完全燃烧损失基本没变，因此锅炉效率基本无变化。

3.2 氧量对NOx排放及锅炉效率的影响

实验中同样保持300MW负荷水平不变，限定其他两种工况参数不变，保持上三次风70%比例，燃尽风喷口挡板保持60%开度，上、中、下三层燃烧器二次风挡板开度分别保持在80%，80%和100%的开度，随着氧量的增大，NOx排放浓度增加。当氧量从3.2%增加至3.9%时，NOx排放量增加了1.86%；当氧量再由3.9%增加至5.0%时，NOx排放量相对于工况1增加了19.92%。而在工况2中，氧量为3.2%～3.9%，NOx排放量为753～767mg/m3，锅炉效率最高。

3.3 锅炉负荷变化对NOx排放的影响

锅炉负荷变化即氧浓度和炉膛温度等因素的变化对NOx排放也有影响。大多数情况下，膛内含氧量对NOx排放的影响大于炉膛温度对NOx排放的影响。实验中，在含氧量变化不大的情况下，通过改变机组的负荷，从300MW下降到220MW，炉膛温度同时也在下降，两者都降低的情况下，NOx浓度也随之降低。当锅炉负荷从300MW下降到280MW时，负荷下降26.7%，NOx浓度下降9%，这是因为随着锅炉负荷的下降，内部的热负荷水平也跟着下降，锅炉内的燃烧温度降低，热力型的NOx排放量减少；同时因为负荷转变中的空气变化不大，从而过量空气系数变化不大，锅炉内的燃料型NOx生成增多。两者结合使得在负荷水平变化不大的情况下，NOx浓度变化并不明显。这也是锅炉负荷由300MW下降为280MW时，NOx浓度稍微增高，但在负荷由300MW降到220MW最低水平时，NOx浓度就明显下降的原因。

4 结论

根据本文的实验结果可知，当锅炉功率为300MW进，综合来看，通过改变配风方式、适当降低锅炉内氧量、选择适当的锅炉负荷水平可以有效降低NOx排量，提高锅炉效率。

参考文献

[1]肖海平，张千，王磊，等.燃烧调整对NOx排放及锅炉效率的影响[J].中国电机工程学报，2011，（3）：4-7.

[2]陈红，邱亚林，李明亮，等.300MW机组锅炉燃烧调整对NOx浓度的影响[J].云南电力技术，2011，（10）：8-11.

（作者单位：山西大唐国际临汾热电有限责任公司）