褐煤超临界锅炉NOX排放特性

【摘 要】NOX（氮氧化物）是燃煤电厂产生的主要污染物之一。燃煤电厂脱除NOX主要采用低氮燃烧技术和选择性催化还原烟气脱硝技术（SCR）相结合的方式。论文主要介绍了印度尼西亚某超临界机组中锅炉设计燃煤为褐煤的NOX排放特性。

【Abstract】NOX （nitrogen oxides） is one of the main pollutants from coal-fired power plants. NOX removal in coal-fired power plants mainly uses the combination of low-nitrogen combustion technology and selective catalytic reduction of flue gas denitrification （SCR）. This paper mainly introduces the NOX emission characteristics of a boiler designed to burn lignite in a supercritical unit in Indonesia.

【关键词】NOX;燃煤;排放

【Keywords】NOX; coal-burning; emission

【中图分类号】TM621                                            【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）07-0133-02

1 锅炉简介

1.1 概述

该工程为超临界参数燃煤汽轮发电机组，锅炉为超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉型号为DG2077.9/25.4-Ⅱ12型[1]。

1.2 锅炉的主要设计参数

1.3 燃烧设备

1.3.1 制粉系统

采用中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统，配6台磨煤机，五运一备。煤粉细度：磨煤机出口煤粉细度为R90=35%。

1.3.2 煤粉燃烧器及布置

煤粉燃烧器采用OPCC低氮燃烧器，采用前后墙对冲燃烧的方式。36只燃烧器分三层布置在炉膛前后墙上，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。燃烧器上部布置燃尽风（OFA）风口，16只燃尽风风口分别布置在前后墙上。

2 锅炉燃料特性分析

锅炉设计燃料为印度尼西亚当地的褐煤。印度尼西亚的褐煤除了具有高水分、高挥发分的特点外，其灰分也特别低。灰分通常在4%～8%。锅炉实际燃煤和设计燃煤的燃料特性见表2。

表中三个煤样为锅炉实际燃煤。煤样1全水分最高，低位热值最低。煤样3是掺烧了煤矸石的混煤，其灰分最高，水分最低，热值也与设计煤接近，NOX的基础排放值偏高。

3 NOX排放特性研究

影响锅炉NOX排放值的因素很多，除了煤质自身的因素外，运行方式对锅炉的NOX排放影响也非常大。如运行时氧量控制、磨煤机投运数量、燃尽风量等因素。只有在正确的方式下运行，才能得到较高的锅炉热效率及较低的NOX排放值。

3.1 煤质对NOX排放值的影响

该超临界燃煤锅炉设计燃煤为印度尼西亚褐煤，NOX排放值总体偏低。在不同时期燃用表2中所列的煤质，受到水分、挥发分变化的影响，NOX排放值还是有一定的差别。

在运行条件基本一致的情况下，煤质全水分高，锅炉NOX排放值低。主要是由于全水分越高，爐膛内温度越低，热力型NOX减少。

在锅炉燃用煤样1期间，锅炉整体NOX排放值偏低。在不同负荷运行和运行方式基本一致的条件下，燃用不同的入炉煤时，锅炉NOX排放值不同。虽然燃用煤样1时锅炉NOX排放值更低，但是煤样1由于全水分高，排烟温度高，锅炉效率比燃用煤样2时更低。

另外，煤的热值受水分、灰分影响，其基础排放值的差距也较大。如图2所示，660MW负荷下，采用高灰分、低热值的煤，锅炉NOX基础排放值高。

3.2 运行方式对NOX排放值的影响

NOX排放值除了受煤质的影响外，运行方式的不同对NOX的排放值影响也非常大。采用低氮燃烧技术，在一定条件下可以实现低NOX排放值。比如对燃尽风量、磨煤机投运方式、运行氧量进行控制等。

3.2.1 燃尽风量的控制

低氮燃烧技术主要实现了分级燃烧，包括燃烧器自身分级燃烧以及炉膛整体分级燃烧。燃尽风率不同，导致炉膛分级燃烧的程度也不同。图1是不同燃尽风挡板开度下NOX排放值。

由图1可知，随着燃尽风量的增加，燃尽区过量空气系数也在增加。当燃尽区过量空气系数由0.1增加至0.2时，NOX排放值下降较明显，由197mg/m3降至165mg/m3。而当燃尽区过量空气系数超过0.2时，也就是燃尽风挡板开度超过50%后，NOX排放值几乎没有变化。由试验结果可知，OPCC低氮燃烧器对燃用印度尼西亚褐煤锅炉降低自身的NOX排放值效果很好，基础排放值低。而对炉膛整体分级燃烧降低NOX排放值的效果则相对差一些，增加燃尽风率后，最多仅降低32mg/m3。

3.2.2 磨煤机投运方式

负荷相同情况下，在磨煤机允许出力的范围内，应尽量增加磨煤机出力，减少磨煤机投运数量（见表3）。

相同负荷下，降低磨煤机投运数量，磨煤机的出力增加，磨煤机运行数量降低，一次风率降低，NOX排放值明显减少，排烟温度明显降低，锅炉热效率提高。

3.2.3 氧量的控制

相同负荷下，氧量控制得越低，NOX排放值越低。燃用褐煤超临界锅炉飞灰可燃物含量低，一般不考虑低氧运行对飞灰可燃物的影响，但要注意在低氧量情况下，局部CO的生成。图2是不同负荷段不同氧量下NOX排放值曲线。

如图2所示，在660MW负荷下，燃用煤质为表2中的煤样3，其基础排放值高。而580MW和380MW负荷下，则燃用表2中的煤样2的基础排放值高。由图可知，三个负荷段NOX排放值随着省煤器出口氧量的增加而增加，每个负荷段整体的变化区间都不大。380MW、580MW和660MW变氧量引起NOX的排放值变化分别仅有35mg/Nm3、30mg/Nm3、36mg/Nm3。

4 结语

褐煤具有水分高、挥发分高的特点，燃用煤的不同水分、不同挥发分会导致NOX排放值差异大。燃用褐煤的超临界锅炉采用OPCC低氮旋流燃烧器，NOX排放初始值低，而炉膛整体分级燃烧以及降低氧量运行对降低NOX排放值是有限的，制粉系统的运行对煤粉锅炉产生的影响较大。因此，采用合理的运行方式有利于提高锅炉热效率和降低NOX排放值。

【参考文献】

【1】杨凯，马晓伟，周棋.褐煤超临界锅炉NOx排放特性[J].东方锅炉，2018（2）：35-40.