浅谈燃煤锅炉氮氧化物瞬时超标原因及预防对策

姚洋洋

摘 要：本文通过氮氧化物（NOx）生成机理，结合已有运行经验，分析了锅炉运行中影响NOx生成的因素，提出了降低机组运行中NOx排放瞬时超标的措施，有效解决了NOx排放容易超限的问题。

关键词： 燃料型NOx；过量空气系数；瞬时超标

引言

燃煤发电机组在锅炉燃烧过程中，会产生氮氧化物等污染物，氮氧化物会引发酸雨和硝酸盐沉积、光化学烟雾、破坏臭氧层等危害。因此国家制定了严格的排放标准，各企业需严控环保指标超标情况。目前普遍规定小时均值不允许超标，但是各企业在实际生产中，为避免环保指标有超标现象，均要求防止氮氧化物瞬时超标。

一、背景简介

1 锅炉概况

某电厂锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司制造，型号为HG-1092/17.5-YM28，锅炉型式为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、四角切圆燃烧、固态排渣、燃煤型汽包炉。脱硝采用选择性催化还原脱硝（SCR），该法脱硝效率高，价格相对低廉，广泛应用在国内外工程中，成为电站烟气脱硝的主流技术。

2 根据有关环保部门有关规定，本地区氮氧化物（NOx）排放小时均值必须达到≤50mg/Nm3，且应杜绝瞬时超标现象。

3 氮氧化物的产生机理

在煤粉炉产生的氮氧化物中，NO占有90%以上，NO2占5%-10%，产生机理一般分为如下三种。

（1） 热力型NOx

燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支链锁反应。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍，亦即NO生成量增大6-7倍。

（2）快速型NOx

快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。

由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中N2反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的量与炉膛压力的0.5次方成正比，与温度的关系不大。

上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。

（3） 燃料型NOx

由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600-800℃时就会生成燃料型NOx，它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。

在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和NHi等中间产物基团，然后再氧化成NOx 。

由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。

4 影响NOx生成量的主要因素

（1） 温度的影响

温度是影响最重要的一个因素，尤其是达到某温度后，NOx的生成量与温度成指数关系。该温度称为“边界温度”，在煤粉燃烧装置常规氧量运行条件下，这个“边界温度”大约为1300℃。

（2） 燃料含氮量

燃烧时，燃料中的含氮成分与含氧物质发生反应的生成物有两种可能，形成一氧化氮，与含氮的物质反应（主要是NO本身） 形成氮分子。

不同种燃料转化率不一样，而对于同一种燃料，燃料氮的转换率随着氮含量的增加而降低。尽管随着氮含量的增加，燃料氮的转换率降低，但NOx排放总量却会增加。

（3） 过量空气系数

一般而言，过量空气系数高将导致NOX生成量高，因为参与反应的O2充足。但太高将由于温度下降产生相反的影响。

（4） 停留时间

化学反应需要一定的时间完成，达到一定时间后，氮氧化物生成量将不再提高。

二、氮氧化物瞬时超标的原因

1 在机组升、降负荷过程中，因机组协调方式自动增加风量、煤量，锅炉燃烧工况的变化，脱硝出、入口NOx快速上涨，增加喷氨量不能满足控制氮氧化物在正常范围内，导致会瞬时超标。

2 在脱硝入口NOx变化较大时，脱硝调门自动调节性差，开启不及时，喷氨量达不到要求。

3 运行人员对脱硝入口NOx的变化趋势及出口NOx预判差，没有预判到脱硝出、入口NOx的涨幅，手动调整喷氨调门偏置或解除自动，手动增加喷氨量不足。

4 启停磨煤机，爐膛燃烧工况变化，造成脱硝出、入口NOx快速上涨。

5 因炉膛漏风，或开启炉底干渣机风门时，造成炉膛燃烧氧量增加，入口生成NOx量突然增加。

6 锅炉过量空气系数维持较高，入口NOx高，稍有变化就会造成出口NOx排放超标。

7 为降低喷氨量，脱硝自动设定值偏高，没有余地，入口NOx稍有变化就会造成出口NOx排放超标。

三、防止吸收塔出口NOx浓度瞬时超标措施

1 在国家标准的超低排放指标标准值50mg/ Nm3上进一步降低NOx排放指标数值。机组计划模式下脱硫CEMS出口NOx按照超低排放指标标准值的65%-75%予以控制。

2 退出机组ACE模式，确保机组跟踪计划模式。机组ACE模式下CEMS出口NOx按照超低排放指标标准值的50%-65%予以控制。

3 脱硝喷氨自动无异常情况投入自动调节。自动调节品质差或在机组负荷变化时调整滞后，运行人员应进行干预调整，同时将自动调节效果差情况记录缺陷，通知热工进行处理。

4 加强对NOx的监测，发现异常升高及时查找原因，分析是表计故障还是燃烧调整不当所致，通过积极的手段降低入口NOx生成。机组负荷或磨煤机运行方式变化时，运行人员通过工况变化后脱硝入口NOx变化趋势提前预判并提前进行控制，防止工况、运行方式发生变化后的环保指标瞬时超标。

5 在燃烧稳定情况下，适当关小燃烧区辅助风、周界风风门开度，保证二次风风压。在制粉系统隔层运行时，隔层制粉系统的辅助风、周界风开度不宜太大，否则将燃烧区域将分成两个，并且燃烧区将形成富氧区，NOX产生量增加，并使燃烧稳定降低。

6 燃尽风开度对飞灰和NOX排放浓度均有较大影响，适当降低一、二次风量，以降低燃烧富氧区，增大燃尽风开度来补充氧量，避免飞灰大幅度上升，保持机组运行经济性。

7 入口NOx升高较快或突升时，为防止脱硫CEMS出口NOx超标时间长，除及时开大喷氨调门增大喷氨量外，最主要的是控制入口NOx，并使入口NOx快速下降，可同时采用开大燃尽风门，提高炉膛与二次风差压，减少二次风量降低氧量，提高主汽压力通过机组协调降低煤量风量等方法有效的降低NOx的生成量。

8 降低NOX生成采取的措施，与稳定燃烧、提高燃烧效率采取的措施相矛盾，在运行中不应以恶化燃烧来达到降低NOX生成。运行中应综合考虑所有因素，以达到最佳效果。

结束语

本文根据锅炉燃烧过程中NOx生成规律，结合试验运行经验，从炉膛温度温控制、停留时间和过量空气系数调整等角度，通过调整锅炉燃烧的运行状态和日常运行规定，能够较好的实现燃煤锅炉运行中NOx排放瞬时超标的控制。

参考文献

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