电厂燃煤锅炉降低NO_x排放运行的调整策略

韩博

神华河北国华定州发电有限责任公司 河北保定 073000

1 电厂燃煤锅炉NOx生成原理

电厂燃烧锅炉的NOx生成途径主要包括三个：第一，热力型NOx，主要是因在1300℃高温环境下，空气中的H2与O2发生化学反应后生成的，当温度低于1300℃时，NOx生成量很少，约占NOx总生成量的25-30%。第二，快速型NOx，燃料富集区的燃煤在燃烧时，碳氢化合物会分解为CH自由基，这些自由基会与空气中的氮气发生化学反应，再生成氰化物，氰化物又会进一步被氧化为NOx，这类NOx生成一般较少，在NOx总生成量中不足5%。第三，燃料型NOx，是由燃料氮经过氧化后生成的，燃料氮主要是燃料燃烧时挥发分析出的氮与焦炭上残留的氮，燃料型NOx与燃料特性有与锅炉运行状况有密切关系，在锅炉NOx总生成量中占70-80%。

2 电厂燃煤锅炉降低NO_x排放运行的调整策略

2.1 合理调整SCR连续喷氨温度运行

将SCR喷氨温度维持在最低连续运行温度（MOT）之上运行，确保其最低喷氨温度不会低于最低可喷氨温度（MIT）时，是SCR连续喷氨温度运行的合理调整方案，要避免将SCR喷氨温度降低到硫酸氢氨析出温度（ABS）下运行。在MIT模式下运行时，要通过定期提高负荷保证催化剂活性的恢复，避免催化剂活性降低。低于ABS温度运行时，催化剂活性会无法恢复，空预器会快速出现严重堵塞问题。ABS作为硫酸氢氨的一种特性，和催化剂特性无关，任何性质的催化剂都具有相同的失活温度。燃煤锅炉在MIT基础上合理调整SCR喷氨温度控制曲线，根据烟气中的SO2NOx浓度变化，SCR喷氨运行温度在293-312℃范围内变化，同时，为保证催化剂活性及空预器的安全运行，还需要合理控制脱硝喷氨量，一般负荷在385MW以上时，单侧最大喷氨量要控制在110kg/h以内，此时脱硝效率在80-85%左右。控制燃煤硫分，能够降低硫酸氢氨生成量，进而提高喷氨温度。合理调整喷氨运行温度后，SCR负荷量能够从450MW降低到380MW，脱硝投入率得到提升。实践运行显示这种调整策略未对SCR运行、空预器通畅、催化剂活性造成影响，该策略具有可行性。

2.2 调整燃烧模式进而调整NOx排放

（1）减少氧量。锅炉原掺燃煤主要为低熔点煤，会出现结渣问题，再热器内的减温水量也较大，因此，主燃烧器区内的氧量原始设置量也较高。由于目前所用的多数燃煤种类灰熔点要超过设计和校核煤种，锅炉受热面干净程度较好，炉底内也不会有大渣排出，有较高的排烟温度，因此，炉膛内的氧量仍然有合理的降低空间。降低省煤器出口氧量，能够降低NOx排放浓度，在600MW负荷下，NOx排放浓度不会有明显的改善效果，但在负荷不断降低的情况下，氧量也会不断降低，NOx排放浓度也随之逐步增加，低负荷下的省煤器出口氧量会以NOx排放浓度造成明显影响。合理调整氧量后，各个负荷段下的锅炉烟气中的CO排放浓度能够控制在30mg/m3以内。此外，还可以通过降低燃料周边的氧浓度来减少氧量，在降低氧量的情况下，若停留时间充分，燃料中的N就不会轻易生成NOx，已生成的NOx也能够通过均相反应或多相反应被还原分解，可通过降低一次风压与风速、燃尽风门全开等方法增加烟气在炉膛中的停留时间，以达到此效果。该模式又被称为分级燃烧，主要是对炉膛内空气与燃料混合情况进行调整，使整个燃烧区域空气燃烧过程分为富燃料燃烧与富氧燃烧两大阶段，富燃料燃烧阶段，可以降低燃烧区域氧量，从而抑制燃料型NOx生成量，而不完全燃料所生成的HCH、NH3等中间产物也会将已生成的氮氧化物还原为氮气，进而减少燃料型NOx生成量。富氧燃烧过程中，该区域具有较高氧量，但因燃料已接近于燃尽的状态，因此区域内温度较低，NOx生成量有限，经过空气分级燃料技术就能够降低NOx总体含量。在旋流煤粉燃烧初期就采取分级燃烧的模式，通过浓缩环及稳焰齿等技术，并将助燃空气分别运用一、二、三次风由燃烧器口分级喷入，能够降低NOx排放浓度。

（2）合理选择燃烧煤种。电厂燃煤锅炉一般采用多种煤种混合燃烧的方式运行，根据实践运行结果可知，NOx排放浓度与煤种中的NO元素质量百分比直接呈正相关性，煤种中的灰分越高，也就具有更高的软化温度，当软化温度越高的时候，一般NOx的排放浓度也越高，当收到基碳/干燥无灰基挥发分降低时，NOx排放浓度会出现逐步升高的趋势，低水分煤种的NOx排放浓度会出现升高的趋势。因此，煤种成分含量对于NOx排放浓度有较复杂的影响，在燃烧中，需要合理调整燃烧煤种混煤模式。

3 结语

随着环保控制要求的不断提高，电厂燃煤NOx排放控制要求也在不断提高，为降低NOx生成量，同时避免锅炉出现高温腐蚀或结渣等情况，目前，燃烧分级方式是使用较多的方式，通过控制锅炉主燃烧区的氧量，合理提高4-5层SOFA风门开度，不断优化煤种混煤燃烧方案，监测锅炉飞灰的含碳量变化，在控制NOx生成量的同时，降低锅炉高温腐蚀风险，兼顾燃料经济性。实际生产中，仍然需要不断调整燃烧方案，从而提高锅炉运行环保性、安全性与经济性。