浅析锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响

陈景

摘 要：为了降低NOx排放，在600MW锅炉上进行了燃烧调整试验。通过改变氧量、一次风速、二次风配风方式、磨煤机运行组合方式等，研究不同运行参数变化对NOx排放濃度和锅炉效率的影响。试验表明：随着氧量的减少，NOx排放浓度降低;束腰型配风方式NOx排放浓度低于均等配风，锅炉效率基本不变;磨煤机运行组合方式对NOx排放浓度和锅炉效率的影响相反。

关键词：锅炉燃烧;氮氧化物;燃烧调整

电厂燃煤锅炉是我国NOx排放的主要来源之一，控制NOx生成和排放的主要方法有：选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SCNR）技术、低NOx燃烧器、再燃技术等。对电厂而言，最实用的方法是通过燃烧调整，降低NOx的排放，成本少，效果明显。本文针对某600MW锅炉进行了燃烧调整试验，研究不同运行参数变化对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。燃煤电厂NOx的生成主要分为热力型（thermalNOx）、燃料型（fuelNOx）、快速型（promptNOx），其中燃料型NOx占电站锅炉NOx生成的75%～90%。学者们根据不同NOx生成机理开发了不同降低NOx生成和排放的方法，主要有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、空气分级、燃料分级以及烟气再循环。对于已投运的机组，降低NOx最直接、最快捷的的方法是通过燃烧优化调整实现减排的目的。

1、氮氧化物生成机理

在锅炉的运行过程中会产生多种形式的氮氧化物，其中包含一氧化氮、三氧化二氮、二氧化氮以及五氧化二氮。这些产物通过两种方式产生，一种是燃烧的情况下空气中的氮与氧气发生反应，这种情况需要非常高的温度。还有一种则是煤中的氮化物经高温与氧气反应生成氮氧化物[1]。锅炉燃烧生成的氮氧化物生成量和锅炉的温度、供氧量、结构、燃烧设备等有着密切的联系。由于氮氧化合物中含有氮元素与氧元素，两种元素都存在与空气中，且不轻易发生反应，所以锅炉燃烧生成NOX和燃料有着一定的关系。从燃烧型氮氧化合物可得出NOX和燃料的含氮量有着密切的联系，氮含量越高，生成的化合物越多[2]。另外，燃料中挥发分和固定碳之比也对NOX的生成量有一定的联系，当挥发分含量越高则NOX浓度越低，所以该比值越高越好。

1.1快速型氮氧化物生成

C、H原子会参与燃料的燃烧过程，这种情况下和氮气分子发生碰撞就会产生HCN化合物，然后其再经氧化生成一氧化氮、一氧化碳以及氢气[3]。这个反应发生非常迅速，而且受到温度的影响较小，生成的氮氧化合物在量上也相对较少。

1.2热力型氮氧化合物的生成

热力型氮氧化物生成条件为高温，反应原料则是空气中的氮气和氧气，这样发生的氧化反应生成了氮氧化物。在NOX的生成量上，其受温度影响非常大，在低于一千摄氏度的情况下，燃烧区域生成的产物含量较小。在高于1600摄氏度的情况下，发生反应的速度也明显提升，而且生成量也明显提升。通过图1便可发现温度对热力型氮氧化合物的影响。若要对氮氧化物的产量进行控制则要有针对性的降低锅炉炉膛的温度，避免出现局部温度过高。

1.3燃料型氮氧化合物

燃料型的氮氧化物为锅炉运行过程中生成的最多的产物，其大约占据到总产物量的百分之七十至百分之八十，可见燃料型氮氧化物在氮氧化物中占据主导地位。这种化合物生成的原因主要与燃料中含有氮化合物有关，这样其会受热分解生成氢、氨等产物。锅炉温度逐渐升高，其中的煤粉会变细，这样就增大了挥发N的比例，其中的氢、氨等会和氧气发生反应生成NO和NH。然后两个会发生还原反应，又产生氮气。这个过程和燃料的特性、存在状态等有一定的联系，而且还和氧气、温度等有密切的联系。所以可从这些方面进行考虑分析，进而减少氮氧化合物的生成量。

2、锅炉燃烧调整对氮氧化物排放浓度的影响

2.1 设备情况概述

某电厂使用锅炉为东方锅炉集团制造，这种锅炉为国产超临界参数变压直流本生型锅炉，锅炉的型号为DG2100/25.4-Ⅱ2。结构方面采用全悬吊结构II型、一次中间再热、尾部双烟道、单炉膛的结构，使用烟气挡板进行再热气温的调节。其可平衡通风、布置较为封闭、采用全钢架构。炉膛水平断面宽度为22162.4mm，深度为15456.8mm，高度为65700mm。锅炉的深度为44.5m，锅炉的宽度为49m，顶棚拐点标高为71m。

2.2 试验方法

为探究相关参数对试验的影响，所以采用控制变量法进行，即固定使多个参数不变，只进行单一参数变化的试验，这样可确定出相关参数对氮氧化物排放的影响程度。另外采用网格法在空气预热器的进出口位置采集烟气，然后将烟气进行分析。

3、试验结果分析

3.1 一次风量的影响

保持锅炉运行其余参数不变，只改变一次风压进而调整风速，随风速的提升，NOX的排放量也逐渐增大。由于煤粉燃烧器中一次风对周围空气形成回流区域提升了回流量，这样就使很多CH分子团聚集，这将会还原NOX。另外，一次风速的增加使煤粉的着火推迟，这样就增大了NOX浓度。所以一次风速的提升会增大NOX的含量，进行燃烧调整要保持合理的风速。

3.2 氧量对NOX排放量的影响

氧气含量的提升增大了锅炉NOX的排放量，当氧气的含量提升到一定的程度之后NOX的排放量逐渐保持平稳。锅炉中氧气的增加提升了燃烧的强度，这样就会提升炉膛的温度，进而增加热力型NOX的生成量。由于氧气浓度的提升，燃料中含氮化合物将更易和氧气反应，从而导致NOX生成量的增加。当氧气增大到一定的程度之后不再使NOX量增加，反而有一定的减少趋势。

4、降低NOX生成量的措施

在正常的运行情况下，依据负荷的变化情况进行锅炉氧量的调整，适当控制锅炉的氧量，使氧量在较低的供应下燃烧煤粉，即保持低氧燃烧。另外改变锅炉的送风量以及配风方式，维持风箱压差在0.1到0.6kPa的范围，然后进行有计划的分区燃烧，适当减少燃烧器的中心风量，降低燃烧中心的氧气浓度，使燃烧中心形成局部的还原区域，从而抑制NOX的生成。在燃烧的过程中，降低一次风母管的压力，维持一次风母管压力在8-10kPa左右，适当增加二次风量使氧量供应得到保证，这样可实现分级燃烧，可降低氮氧化物的生成与排放。还要加强对煤粉细度与NOX的检测，控制煤粉细度，若发现煤粉细度变大，要及时进行处理，使煤粉细度保持在合理的范围。若NOX异常升高要及时查找原因，分析是由于故障还是燃烧调整不当导致。

5、结束语

氮氧化物对环境造成的影响非常大，而且对人们的健康也有不利的影响。通过进行锅炉燃烧调整可在一定的程度上减少氮氧化物的生成量。通过进行相关试验分析可得到相关参数对氮氧化物生成的影响，这样可有针对性的采取措施进行排放量的控制。

参考文献

[1]沈金权. 电厂锅炉燃烧调整技术的发展与应用[J]. 科技创新与应用， 2017（23）：189-190.

[2]王军民. 600 MW超临界锅炉高温再热器管壁温度偏差大原因分析及调整[J]. 发电设备， 2018， 32（1）：70-74.

[3]彭南丰. 关于火电锅炉风机节能及氮氧化物减排的研究[J]. 科技创新与应用， 2017（16）：135-135.