锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响分析

2021-09-10唐文杰

家园·电力与科技 2021年7期

唐文杰

摘要：随着社会的不断发展，人们的环保意识也在不断增长，再加上近年来国家环保政策的不断完善，使各类燃煤企业积极审视自身，着手处理硫氧、氮氧等化合物的排放问题。本文从实际出发，对影响氮氧化合物排放量的种种因素进行探究，已找到一种降低污染排放量的切实可行的方案，为以后的实践活动提供参考。

关键词：锅炉;燃烧;氮氧化合物;排放影响

各类燃煤企业在处理环境保护问题时面临的最重要的困难就是要解决在燃烧煤炭时产生的大量硫氧化合物与氮氧化合物组成的烟气。除此之外，氮氧化合物还会与碳氢化物结合生成对大气造成严重破坏的化学烟雾，酸雨的产生与此也有一定关系。因此，对燃煤企业来说，减少燃烧产生的氮氧化合物是实际践行环保行为的重中之重。

1锅炉煤燃烧生成氮氧化物的分类

锅炉煤在燃烧时生成的氮氧化合物重要组成成分是一氧化氮和二氧化氮，这些氮氧化合物可以统一表达为NOx。实践证实，锅炉煤燃烧生成氮氧化合物主要有三种方法：

1.1热力型氮氧化物

这种氮氧化合物主要生成途径是空气中的氮受到高溫环境后发生氧化反应，从而得到氮氧化合物，相关化学反应过程如下：

N2+O2←→2NO2NO+O2→2NO

锅炉煤燃烧时的温度在很大程度上会影响热力型氮氧化合物的产量，若是反应式温度在1000°C以下，NOx产量很小，当温度上升至1300°C及以上时，NOx产量会迅速增大。所以温度是影响锅炉燃烧时NOx产量的主要因素。在实际生产中，要想有效降低热力型氮氧化合物的生成，就需要控制锅炉煤燃烧时炉内温度不能过高，避免炉内部分区域温度过高。

1.2快速型氮氧化物

在锅炉煤燃烧过程中，在一些碳氢化合物较丰富而氧气含量较少的区域中空气的氮和煤炭中的碳和氢会结合生成氮氧化物。此种NOx生成量较少，提供过量的空气或者燃烧温度过高都会造成快速型NOx的产生。

1.3燃料型氮氧化物

指的是在燃烧过程中燃料经反应后生成的NOx。锅炉煤在进入炉内开始进行高温反应时，其中含氮的化合物首先反应生成氰、氨和一些氰根化物，这些产物会挥发至空气中，称之为挥发性N;还有一些N元素无法挥发出去，称之为焦炭N。随着反应不断进行，炉内温度不断升高，反应燃料细度也在不断增加，此时燃烧型NOx中挥发性N越来越多，其中氮化合氰和氨会氧化成为NO和NH，其生成物会继续反应生成N2和OH。因此燃料型氮氧化物是锅炉煤燃烧生成NOx的关键，电厂应该从控制燃料型NOx入手达到全面降低NOx生成量的目的。

2锅炉煤燃烧生成NOx的原因

2.1燃料成分的影响

①锅炉煤燃烧生成氮氧化物会随着燃料成分中碳含量的升高而随之增加;②在相同条件下固定成分的碳和会挥发的碳含量之比越高，NOx的转化率就越低也就意味着产生的NOx会越多。③相反，燃料中挥发成分的碳含量越高，产生NOx的量就越少。

2.2炉膛结构的影响

炉膛结构也会在一定程度上对NOx生成量造成影响，其中主要因素包含炉膛型号、燃烧装置内部结构、炉膛热负荷等。目前市场中我国发电站所使用的燃烧器类型大多数为空气分级低NOx技术，这种设备在实际运行中可以有效地减少NOx的排放量。

2.3运行工况的影响

具体包含一次风速、二次风比例、过量空气系数、锅炉可以承担的程度、燃烧材料浓度配比、煤粉粗细等因素。

3 锅炉燃烧调整对NOx排放量影响分析

3.1一次风速影响

研究时需要将锅炉的负荷调制为80%额定负荷，在其他条件均不改变的情况下，改变一次风压，此时一次风速会随之发生变化。研究结果表明燃烧产生的NOx量会随着一次风速的升高而增大。原理是燃烧器中的空气会因为一次风的增大而产生更大的卷吸和引射，从而产生更大的回流区域。在回流区域附近会卷吸进来很多含有CH基团的烟气，CN基团会还原NOx，从而减少NOx的释放量。但是相反，一次风速的增加也会延迟燃料点燃的时间，从某种程度上讲反而会增加NOx的排放量。总的来说，锁着一次风速的增加，NOx的释放量还是会呈现出上升的趋势，所以在实际生产过程中需要将一次风速控制在一个合理的数值，以保证产生的NOx量最少。

3.2二次风所占比例影响

以使用600MW前后墙对冲燃烧方式为例。保持总风量的条件不改变，调整二次风门开度，使二次风量发生变化，使用开大上部燃烬风层、下部AC层二次风门开度即缩腰的配风方式，这样对NOx的排放量的降低可以有有显著的效果。在配风方式上也可以采用倒置宝塔型配风，对NOx排放的减少也有一定作用，原因是倒宝塔型的配风方式可以将燃烧的中心处的二次风量控制到最小，使附近区域的氧气浓度降到最低，形成富燃料区，在此区域中热力型NOx和快速型的NOx的生成量得到有效降低。

3.3过量空气系数影响

改变送风机送风时的风量，会影响空气系数从而影响省煤器出口处氧气的含量以达到减少NOx的排放量的目的。实验表明，NOx排放量会随着过量空气系数的增大而增多，原因是过量空气系数的增大会导致燃烧炉内氧气增多使炉内火焰中心温度升高，热力型氮氧化物排出量增加，炉内氧气含量也随之增多，燃烧物的中间产物就会很容易和氧气发生反应，从而使燃料氮氧化物的的生成量增多，最终导致NOx生成量增多。

3.4锅炉负荷影响

锅炉负荷是从排风量或者说氧气浓度、炉内燃料温度等因素影响NOx的排放量。从理论的角度讲，降低机组负荷可以降低锅炉的热负荷从而降低炉内燃料燃烧中心的温度，最终导致热力型氮氧化物的生成量减少，与此同时过量空气系数也会随之增大，导致燃料型氮氧化物增加，最终结果即无法明显看到NOx排放量的变化。

3.5分配燃烧器各层煤粉量造成的影响

按照上述配风方法进行煤粉量的重新配比，将上层煤粉量减少，同时增加中下层煤粉量，这样会使燃料燃烧中心的煤粉量增多，从而使氧气少燃料多的区域增多，使燃料可以得到充分还原，这样会使热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的产量均得到减少，故NOx的排放量会随之减少。

3.6煤粉粗细程度影响

一般情况来看，煤粉细度越高，生成的NOx量就越大。但是若采用分级燃烧，煤粉的细化会使燃料表面积增大，可以使NOx得到更加充分的还原，因此，此时NOx的含量会减少。

4降低锅炉NOx生成量的具体措施

（1）在日常的生产过程中，可以通过减少一次风母管的压力从而使二次风量得到适量的增加，这样炉内氧气含量会随之增大，使燃料的分级燃烧得以实现，使NOx的排放量得到减少。

（2）在保证锅炉燃烧各指标正常的前提下，使锅炉工作的氧含量限度尽可能降低，即在保证燃烧的需要的同时尽可能的使过量空气系数减少，使燃烧在低氧状态下进行。

（3）注意对煤粉粗细程度的控制，保持煤粉细度小于等于15%，若发现煤粉变粗则应迅速检查原因，一定要将煤粉的尺寸保持在一定的程度内。

（4）强化NOx排放量的实时监控，若发现其排放量存在异常应立即安排排查，通过详细及时的原因分析找到故障处，保持NOx的排放量不会过大。

参考文献：