高世祺

甘肅大唐國際連城發(fā)電有限責(zé)任公司

1 .氮氧化物的生成機(jī)理

在煤的燃燒過程中，NOx的生成量和排放量與燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)(即氧量)等密切相關(guān)。燃燒形成的NOx可分為燃料型、熱力型和快速型3種。其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不計。

(1)熱力型NOx，指空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒Ox。當(dāng)爐膛溫度在1350℃以上時，空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卤谎趸蒒Ox，當(dāng)溫度足夠高時，熱力型NOx 可達(dá)20 %。過量空氣系數(shù)和煙氣停留時間對熱力型NOx 的生成有很大影響。

(2)燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化而生成NOx。其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。過量空氣系數(shù)越高，NOx的生成和轉(zhuǎn)化率也越高。

(3)快速型NOx，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反應(yīng)生成NOx。主要是指燃料中碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的烴，與燃燒空氣中的N2 發(fā)生反應(yīng)，形成的CN和HCN繼續(xù)氧化而生成的NOx。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳?xì)淙剂蠒r才予以考慮。

2 .我公司鍋爐燃燒設(shè)備情況

燃燒器采用四角布置切向燃燒、百葉窗分離水平濃淡煤粉燃燒器。采用雙切圓布置方式，假想切圓直徑分別為Φ548mm和Φ1032mm的逆時針切圓。

燃燒器所配制粉系統(tǒng)形式為中速磨、冷一次風(fēng)機(jī)、正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5臺中速磨(其中1臺備用)，磨煤機(jī)型號為HP823。

每角燃燒器共布置13層噴口。燃燒器噴口從上往下依次為OFA—2—1—2(油 )—1—2—2—1—2(油 )—1—2(油 )—1—2。 正 常運(yùn)行時，一層一次風(fēng)噴口及其相鄰的部分二次風(fēng)噴口停運(yùn)。燃燒器的3層二次風(fēng)噴口內(nèi)布置了燃油裝置。燃燒器一次風(fēng)噴口中心線之間的距離為1650mm，上一次風(fēng)噴口中心線距屏底距離為19580mm，下一次風(fēng)噴口中心線距冷灰斗拐點(diǎn)距離為4023mm。燃燒器所有噴口均可上下擺動30度，用于調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度

為了綜合解決鍋爐高溫腐蝕、低NOx排放和保證較低的不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷，本工程煤粉燃燒器所有一次風(fēng)噴口均采用百葉窗分離水平濃淡燃燒器。這種燃燒器利用百頁窗式煤粉濃縮器使流過的煤粉氣流在水平方向上形成濃淡兩股氣流，濃煤粉在向火側(cè)，淡煤粉在背火側(cè)，從而形成水平濃淡偏差燃燒，濃氣流由于煤粉濃度高，著火熱大大降低，因此容易著火；加上一次風(fēng)噴口中還布置有V型錐體，既能推遲濃煤粉氣流與淡煤粉氣流的混合又能造成煙氣回流區(qū)增加一次風(fēng)吸卷高溫?zé)煔獾哪芰Γ蟠笤黾恿艘淮物L(fēng)的著火能力。同時由于粗煤粉多在濃側(cè)，而這部份煤粉首先參與燃燒，因此這種燃燒方式還有利于煤粉的燃盡。此外這種燃燒方式還能同時起到降低NOx生成及防止?fàn)t膛結(jié)焦的作用。

針對NOX的生成量主要受燃燒的化學(xué)當(dāng)量比影響的特點(diǎn)，我公司鍋爐燃燒設(shè)備設(shè)計時主要采取了如下措施：

①采用了濃淡燃燒器。濃淡煤粉氣流各自遠(yuǎn)離燃料的化學(xué)當(dāng)量比燃燒，濃煤粉氣流是富燃料燃燒，由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)份析出速度加快，造成揮發(fā)份析出區(qū)域缺氧，從而達(dá)到低NOX排放的目的。而淡煤粉氣流是貧燃料燃燒，燃燒區(qū)域溫度水平低，也抑制了NOX的生成。

②整個燃燒器采用分級送風(fēng)的方式，在燃燒器頂部布置燃盡風(fēng)(OFA)噴口。這樣，在主燃燒區(qū)域形成低氧量甚至微還原性的燃燒氣氛，抑制NOX的生成，在燃燒后期送入燃盡所需的部分空氣。

③燃燒器噴口分成上下兩組并拉開適當(dāng)距離并且單只一次風(fēng)噴口熱功率較小，可以降低主燃燒區(qū)的尖峰溫度。

采用以上措施，可將鍋爐NOX排放控制到550mg/Nm3。

3 .降低NOx排放技術(shù)措施

3.1 氧量控制：過量空氣系數(shù)的調(diào)整與控制是降低NOx排放濃度的有效措施。低氧燃燒能降低爐內(nèi)燃燒溫度，抑制并還原N0x，降低N0x排放。而從燃燒角度講，增加氧量有利于飛灰燃盡，降低固體不完全燃燒熱損失，但到一定值后，再增加氧量對降低未完全燃燒損失沒有效果。而氧量增加 會使排煙損失明顯增加，造成鍋爐效率降低?？紤]我公司燃煤特性和保證鍋爐燃燒安全穩(wěn)定，建議將氧量控制在小于2.5～3.5%范圍內(nèi)較合 理，機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時將氧量控制到低限，有利于降低NOx排放，鍋爐效率也比較高。

3.2 頂部燃燼風(fēng)(OFA)控制：空氣分級燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，使第一級燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)在0.8左右，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型NOx的生成。同時，燃燒生成的CO與NO進(jìn)行還原反應(yīng)，以及燃料N分解成中間產(chǎn)物(如NH、CN、HCN和NH3等)相互作用或與NO還原分解，抑制了燃料型NOx的生成。在二級燃燒區(qū)內(nèi)，將燃燒用的空氣的剩余部分以二次空氣輸入，成為富氧燃燒區(qū)。此時空氣量雖多，一些中間產(chǎn)物被氧化生成NO，但因火焰溫度低，生成量不大，因而總的NOx生成量是降低的，最終空氣分級燃燒可使NOx生成量降低30%～40%。當(dāng)采用空氣分級燃燒后，火焰溫度峰值明顯比不采用空氣分級燃燒時降低，故熱力型NOx降低。

建議頂部燃燼風(fēng)EE1、EE2的開度控制在50～90%，正常情況下頂部燃燼風(fēng)EE1、EE2的開度不低于50%，有利于降低NOx排放，也可降低飛灰。在開大頂部燃燼風(fēng)的同時，可適當(dāng)關(guān)小下部輔助風(fēng)的開度，建議開度不低于50%，即可保證鍋爐燃燒安全穩(wěn)定，也利于降低NOx排放。

3.3 制粉系統(tǒng)控制：富燃料燃燒，由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)份析出速度加快，造成揮發(fā)份析出區(qū)域缺氧，從而達(dá)到低NOX排放的目的。建議一次風(fēng)壓控制在8～9KPa，一次風(fēng)壓及風(fēng)煤比控制在低限運(yùn)行(正常風(fēng)煤比1.5～2.0，新疆廣匯煤1.8～2.0)，適當(dāng)提高下層磨得出力和降低上層磨出力(機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行且汽溫情況較好時，可停運(yùn)E磨)，以提高煤粉濃度和煤粉細(xì)度，即可提高燃燒器著火、燃燒的穩(wěn)定性，也可抑制NOX的熱生成。

3.4 燃燒器擺動對NOx排放的影響：由于鍋爐存在汽溫偏低問題，運(yùn)行中通常采用上擺燃燒器的方法提高汽溫，燃燒器上擺使得爐膛火焰中心上移、爐膛出口煙溫升高，利于氣溫調(diào)整，燃燒器上擺角度較大時，會使NOx熱生成明顯增加，在對控制NOx排放不利。在運(yùn)行調(diào)整中要注意兩者之間的平衡。

3.5 運(yùn)行方式變化對NOx排放的影響：機(jī)組加、減負(fù)荷，磨煤機(jī)啟、停，給煤機(jī)斷煤或磨煤機(jī)跳閘等運(yùn)行方式的變化，都會使氧量大幅波動，從而造成NOx突升，極有可能使NOx排放超標(biāo)。運(yùn)行人員要高度重視，機(jī)組加、減負(fù)荷及磨煤機(jī)啟、停操作中要超前控制，給煤機(jī)斷煤或磨煤機(jī)跳閘時及時采取有效措施(適當(dāng)減少送風(fēng)量、一次風(fēng)量)控制氧量穩(wěn)定，以保證NOx達(dá)標(biāo)排放。

3.6 采取低氧燃燒及空氣分級燃燒的調(diào)整方式，能有效抑制NOx的熱生成，降低NOx排放，但也會產(chǎn)生汽溫偏低、飛灰及爐渣升高等方面對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的不利影響，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時可能影響燃燒穩(wěn)定。因此運(yùn)行人員在控制NOx達(dá)標(biāo)排放的同時，要摸索積累調(diào)整方法及經(jīng)驗(yàn)，掌握好環(huán)保與機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的平衡，保證NOx達(dá)標(biāo)排放，努力提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.7 集控運(yùn)行人員加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)時系統(tǒng)中環(huán)保指標(biāo)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)NOx排放超過550mg/Nm3時，及時進(jìn)行有效調(diào)整控制，必要時可適當(dāng)犧牲運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，將NOx排放控制到600 mg/Nm3以下。

3.8 脫硫監(jiān)盤值班人員要加強(qiáng)NOx排放數(shù)據(jù)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)NOx排放數(shù)據(jù)超過550mg/Nm3時，及時電話通知機(jī)長、主值加強(qiáng)調(diào)整。

4 .結(jié)語

綜上所述，由于各電廠燃煤煤質(zhì)的不同，NOx的調(diào)整方式也略有不同，以上方式僅可作為參考，實(shí)際運(yùn)行中還需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

[1]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程.甘肅大唐國際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2015年

[2]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機(jī)組集控輔機(jī)規(guī)程.甘肅大唐國際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2015年

[3]張彥鋒、周斌、梁超.2X330MW機(jī)組集控DCS控制及保護(hù)規(guī)程.甘肅大唐國際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2015年

[4]張彥鋒、周斌、梁超.3號、4號機(jī)組(2×330MW)脫硝改造工程SCR脫硝系統(tǒng)培訓(xùn)教材.甘肅大唐國際連城發(fā)電有限責(zé)任公司，2013年

[5]邱廣明，王俊杰，孫喜平.燃煤電廠的脫硝技術(shù)研究Ⅱ——降低燃煤鍋爐NOx排放量的技術(shù)及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2001

[6]唐濤.通過燃燒調(diào)整降低NOx排放及減少廠用電[J].全國火電600mw級機(jī)組能效對標(biāo)及競賽年會，2013

[7]王頂輝.煤粉鍋爐燃燒特性及降低氮氧化物生成的技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)(北京)華北電力大學(xué)，2014

[8]王少波.660MW火電機(jī)組降低NOx排放試驗(yàn)研究[J].華北電力大學(xué)(北京)華北電力大學(xué)，2013