莫才頌，王崗罡，何 明

( 1.廣東石油化工學院機電工程學院，廣東 茂名 525000；2.中國人民解放軍駐211廠軍事代表室，北京100076；3.茂名熱電廠，廣東 茂名 525000)

環(huán)保與三廢利用

火電廠鍋爐燃燒器低NOx分析

莫才頌1，王崗罡2，何 明3

( 1.廣東石油化工學院機電工程學院，廣東 茂名 525000；2.中國人民解放軍駐211廠軍事代表室，北京100076；3.茂名熱電廠，廣東 茂名 525000)

針對某火電廠鍋爐煙氣中 NOx 排放濃度高的情況，對原鍋爐燃燒器結構和運行情況及 NOx 的產(chǎn)生機理進行分析，提出了燃燒器低 NOx排放的燃燒措施。

鍋爐；燃燒器；低NOx改造

火電廠大氣污染物排放控制問題，已越來越受到世界各國政府的關注和重視。我國在“十二五”期間將推行新的更加嚴格的火電廠NOx排放標準。

1 火電廠NOx的產(chǎn)生與危害

火電廠中大量的煤炭燃燒，隨之而來的是嚴重的環(huán)境污染問題。氮氧化物就是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的主要污染物之一，它是一種危害人體健康和破壞大氣環(huán)境的有毒物質。NOx與SO2和粉塵共存，可生成硝酸或硝酸鹽氣溶液，最終形成酸雨。目前我國已有占國土面積40%的地區(qū)酸雨pH值小于5.6，氮氧化物會形成光化學煙霧，對人的眼睛和呼吸道有強烈的刺激性；氧化亞氮(N2O)會破壞同溫層的臭氧，使之失去對紫外線輻射的屏蔽作用，對地面生物造成傷害。

燃煤電廠排放的NOx來自電站鍋爐，因此，尋找有效的鍋爐燃燒優(yōu)化運行技術，以實現(xiàn)鍋爐穩(wěn)定、高效而潔凈的燃燒，降低鍋爐的NOx排放量，對節(jié)省巨額的氮氧化物排污費用，降低設備初投資及運行費用，有效地提高機組運行的經(jīng)濟性，增強企業(yè)競爭力等具有重要意義。

2 煤粉燃燒過程產(chǎn)生NOx的機理及其影響因素

NOx主要是通過熱力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx這3種途徑生成的，并且都在煤燃燒過程中出現(xiàn)。

（1）快速型NOx是由燃料揮發(fā)物中的碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基和空氣中氮反應生成的HCN和N，再進一步與氧作用以極快的反應速率生成NOx，它的生成與溫度關系不大。對于煤粉鍋爐快速型NOx僅占NOx總排放量的5%左右。

（2）熱力型NOx 是空氣中的氮在高溫下氧化而產(chǎn)生的。熱力型NOx是隨燃燒溫度按指數(shù)規(guī)律增加的。熱力型NOx占NOx總排放量的20%～50%。試驗表明，在燃燒溫度低于1500℃時，溫度每增加100℃反應速率將增大6～7倍。在溫度低于1350℃時生成量很少， 但在1500℃以上時就變得比較突出， 排放量與燃料型NOx接近。由此可見， 溫度對這種NOx的生成影響具有決定性作用，故稱其為熱力反應型NOx。

（3）燃料型NOx是燃料中氮化物在燃燒過程中氧化而形成的，分為揮發(fā)分中氮與氧反應生成的揮發(fā)性NOx和焦炭中氮與氧反應生成的焦炭型NOx。燃料型NOx占NOx總排放量的60%～80%。

在生成燃料型NOx過程中，由于燃料中氮的熱分解溫度在600～800℃之間，首先是由揮發(fā)分中氮化物熱裂解產(chǎn)生N、CN、HCN和NHi等中間產(chǎn)物，或以熱解焦油的形式析出然后被氧化成揮發(fā)性NOx，揮發(fā)性NOx占燃料型NOx的60%～80%； 剩余部分氮則殘存在焦炭中與氧反應生成焦炭型NOx，焦炭型NOx占燃料型NOx的20%～40%。

可見氮的釋放程度與揮發(fā)分析出過程密切相關，在燃燒初期控制煤粉氣流中的供氧量就能夠降低燃料型NOx的生成。研究表明，在氧化性氣氛中，隨著過量空氣系數(shù)的增加，由揮發(fā)分生成的NOx將迅速增加，明顯超過焦炭NOx。顯然，控制揮發(fā)分NOx具有更重要的意義。同樣，控制供氧量也將抑制燃料型NOx的生成。

3 降低NOx排放的燃燒措施分析

3.1 低過量空氣燃燒

煤燃燒過程中，煙氣中過量空氣的減少可以抑制NOx的生成， 這是最簡單的降低NOx的方法。一般來說，采用低過量空氣燃燒可以降低NOx排放15%～20%，但采用這種方法有一定的限制，如爐膛出口過量空氣系數(shù)低于1.15而不采取強化二次風與火焰混合的措施，就會造成CO濃度急劇增加，從而大大增加化學不完全燃燒熱損失，同時也會引起飛灰含碳量的增加，導致機械不完全燃燒熱損失增加，燃燒效率會降低。

本方案中選用較高的二次風速增強其混合能力，為將來電廠探索低過量空氣系數(shù)燃燒技術創(chuàng)造了條件。

一次風燃燒器中的鈍體造成煙氣回流，沖淡了一次風氣流，使著火區(qū)氧濃度降低，對降低NOx排放起到一定作用。

一次風噴嘴的后部采用圓弧形，可以保證噴嘴擺動到任何位置從風室中流出的有組織空氣量不變，防止燃燒器處于擺動位置時無組織風與火焰過早混合造成的NOx排放增加。

3.2 濃淡燃燒

利用煤粉濃縮器可以將一次風氣流分成濃度不同的兩部分，濃側氣流中有90%左右的煤粉，淡側氣流中有10%左右的煤粉，空氣在這兩側基本是均勻分配的。

對濃煤粉噴口，煤粉氣流中含氧量低于揮發(fā)分完全燃燒所需要的量，這就抑制了揮發(fā)性NOx的生成量。對淡側煤粉噴口，煤粉氣流中含氧量雖然高但燃料量過少，燃燒溫度低仍然不利于NOX生成。圖1給出了濃淡燃燒降低NOX的原理，圖中C1和C2之差就是濃淡燃燒器降低的NOX生成量。

水平濃淡燃燒器濃側氣流以一定角度反切布置，可以強化風粉氣流與熱煙氣的換熱提前著火，相對推遲二次風的混合距離，對降低NOx排放起到輔助作用。

圖1 濃淡燃燒降低NOX的原理

3.3 空氣分級

在分級燃燒中，提供給主燒器的風量要比正常的少。燃燒空氣的平衡是通過燃燒區(qū)域上方稱之為燃燼風的噴嘴加入空氣進爐膛實現(xiàn)的。分級送風的原理是：(1) 以比正常要求少的風量供給燃燒器，嚴格限制NOx的生成。(2) 在過燃風引入之前濃相燃料有較長的停留時間，使得燃料中的結合氮有機會在缺氧區(qū)內(nèi)逸出，并能消除存在的NOx。(3) 燃燼風高速噴入爐膛，以保證與燃燒煙氣流的混合，提供完全燃盡所需要的空氣。

對于中儲倉式制粉系統(tǒng)的鍋爐NOx排放量很大程度上取決于一次風量的大小和濃淡燃燒器是否工作可靠，因此要注意下述因素影響：(1) 在不堵管的前提下降低一次風速有利于降低NOx排放。(2)在任何負荷，都投運所允許的最少數(shù)量燃燒器運行。(3) 及時更換磨損的一次風濃縮器葉片。(4) 確保所有的二次風擋板工作可靠且開度指示正確。

4 結語

經(jīng)過實踐，在鍋爐燃燒器采取降低NOx排放的措施后，NOx的排放大幅度下降，能適應調劑煤質的要求，鍋爐運行穩(wěn)定。

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Analysis for Low-NOx of Power Plant Boiler Burner

MO Cai-song1, WANG Gang-gang2, HE Ming3
(1.College of Mechinery and Electronic Engineering，，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China；2.PLA Military Delegate Chamber Stationed in Factory 211，Beijing 100076，China；3. Maoming Thermal Power Plant，Maoming 525000， China)

TK 223.23

B

1671-9905(2014)04-0058-02

廣東省茂名市科技計劃項目（2011010）

莫才頌（1973-），男，碩士，副教授，主要從事機械設計及理論、化工機械設備、電力設備與機電工程等教學與研究工作，電話:13929722166，0668-2923125，E-mail:mcs2000@126.com

2014-01-10