姚洋洋

摘 要：本文通過氮氧化物（NOx）生成機理，結(jié)合已有運行經(jīng)驗，分析了鍋爐運行中影響NOx生成的因素，提出了降低機組運行中NOx排放瞬時超標(biāo)的措施，有效解決了NOx排放容易超限的問題。

關(guān)鍵詞： 燃料型NOx；過量空氣系數(shù)；瞬時超標(biāo)

引言

燃煤發(fā)電機組在鍋爐燃燒過程中，會產(chǎn)生氮氧化物等污染物，氮氧化物會引發(fā)酸雨和硝酸鹽沉積、光化學(xué)煙霧、破壞臭氧層等危害。因此國家制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)需嚴(yán)控環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)情況。目前普遍規(guī)定小時均值不允許超標(biāo)，但是各企業(yè)在實際生產(chǎn)中，為避免環(huán)保指標(biāo)有超標(biāo)現(xiàn)象，均要求防止氮氧化物瞬時超標(biāo)。

一、背景簡介

1 鍋爐概況

某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造，型號為HG-1092/17.5-YM28，鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、燃煤型汽包爐。脫硝采用選擇性催化還原脫硝（SCR），該法脫硝效率高，價格相對低廉，廣泛應(yīng)用在國內(nèi)外工程中，成為電站煙氣脫硝的主流技術(shù)。

2 根據(jù)有關(guān)環(huán)保部門有關(guān)規(guī)定，本地區(qū)氮氧化物（NOx）排放小時均值必須達(dá)到≤50mg/Nm3，且應(yīng)杜絕瞬時超標(biāo)現(xiàn)象。

3 氮氧化物的產(chǎn)生機理

在煤粉爐產(chǎn)生的氮氧化物中，NO占有90%以上，NO2占5%-10%，產(chǎn)生機理一般分為如下三種。

（1） 熱力型NOx

燃燒時，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，其中的生成過程是一個不分支鏈鎖反應(yīng)。隨著反應(yīng)溫度T的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)T<1500℃時，NO的生成量很少，而當(dāng)T>1500℃，T每增加100℃，反應(yīng)速率增大6-7倍，亦即NO生成量增大6-7倍。

（2）快速型NOx

快速型NOx是1971年Fenimore通過實驗發(fā)現(xiàn)的。在碳?xì)浠衔锶剂先紵谌剂线^濃時，在反應(yīng)區(qū)附近會快速生成NOx。

由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基可以和空氣中N2反應(yīng)生成HCN和N，再進一步與氧氣作用以極快的速度生成，其形成時間只需要60ms，所生成的量與爐膛壓力的0.5次方成正比，與溫度的關(guān)系不大。

上述兩種氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要來源。

（3） 燃料型NOx

由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時就會生成燃料型NOx，它在煤粉燃燒NOx產(chǎn)物中占60-80%。

在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機化合物熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和NHi等中間產(chǎn)物基團，然后再氧化成NOx 。

由于煤的燃燒過程由揮發(fā)份燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型NOx的形成也由氣相氮的氧化（揮發(fā)份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。

4 影響NOx生成量的主要因素

（1） 溫度的影響

溫度是影響最重要的一個因素，尤其是達(dá)到某溫度后，NOx的生成量與溫度成指數(shù)關(guān)系。該溫度稱為“邊界溫度”，在煤粉燃燒裝置常規(guī)氧量運行條件下，這個“邊界溫度”大約為1300℃。

（2） 燃料含氮量

燃燒時，燃料中的含氮成分與含氧物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的生成物有兩種可能，形成一氧化氮，與含氮的物質(zhì)反應(yīng)（主要是NO本身） 形成氮分子。

不同種燃料轉(zhuǎn)化率不一樣，而對于同一種燃料，燃料氮的轉(zhuǎn)換率隨著氮含量的增加而降低。盡管隨著氮含量的增加，燃料氮的轉(zhuǎn)換率降低，但NOx排放總量卻會增加。

（3） 過量空氣系數(shù)

一般而言，過量空氣系數(shù)高將導(dǎo)致NOX生成量高，因為參與反應(yīng)的O2充足。但太高將由于溫度下降產(chǎn)生相反的影響。

（4） 停留時間

化學(xué)反應(yīng)需要一定的時間完成，達(dá)到一定時間后，氮氧化物生成量將不再提高。

二、氮氧化物瞬時超標(biāo)的原因

1 在機組升、降負(fù)荷過程中，因機組協(xié)調(diào)方式自動增加風(fēng)量、煤量，鍋爐燃燒工況的變化，脫硝出、入口NOx快速上漲，增加噴氨量不能滿足控制氮氧化物在正常范圍內(nèi)，導(dǎo)致會瞬時超標(biāo)。

2 在脫硝入口NOx變化較大時，脫硝調(diào)門自動調(diào)節(jié)性差，開啟不及時，噴氨量達(dá)不到要求。

3 運行人員對脫硝入口NOx的變化趨勢及出口NOx預(yù)判差，沒有預(yù)判到脫硝出、入口NOx的漲幅，手動調(diào)整噴氨調(diào)門偏置或解除自動，手動增加噴氨量不足。

4 啟停磨煤機，爐膛燃燒工況變化，造成脫硝出、入口NOx快速上漲。

5 因爐膛漏風(fēng)，或開啟爐底干渣機風(fēng)門時，造成爐膛燃燒氧量增加，入口生成NOx量突然增加。

6 鍋爐過量空氣系數(shù)維持較高，入口NOx高，稍有變化就會造成出口NOx排放超標(biāo)。

7 為降低噴氨量，脫硝自動設(shè)定值偏高，沒有余地，入口NOx稍有變化就會造成出口NOx排放超標(biāo)。

三、防止吸收塔出口NOx濃度瞬時超標(biāo)措施

1 在國家標(biāo)準(zhǔn)的超低排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值50mg/ Nm3上進一步降低NOx排放指標(biāo)數(shù)值。機組計劃模式下脫硫CEMS出口NOx按照超低排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的65%-75%予以控制。

2 退出機組ACE模式，確保機組跟蹤計劃模式。機組ACE模式下CEMS出口NOx按照超低排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的50%-65%予以控制。

3 脫硝噴氨自動無異常情況投入自動調(diào)節(jié)。自動調(diào)節(jié)品質(zhì)差或在機組負(fù)荷變化時調(diào)整滯后，運行人員應(yīng)進行干預(yù)調(diào)整，同時將自動調(diào)節(jié)效果差情況記錄缺陷，通知熱工進行處理。

4 加強對NOx的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常升高及時查找原因，分析是表計故障還是燃燒調(diào)整不當(dāng)所致，通過積極的手段降低入口NOx生成。機組負(fù)荷或磨煤機運行方式變化時，運行人員通過工況變化后脫硝入口NOx變化趨勢提前預(yù)判并提前進行控制，防止工況、運行方式發(fā)生變化后的環(huán)保指標(biāo)瞬時超標(biāo)。

5 在燃燒穩(wěn)定情況下，適當(dāng)關(guān)小燃燒區(qū)輔助風(fēng)、周界風(fēng)風(fēng)門開度，保證二次風(fēng)風(fēng)壓。在制粉系統(tǒng)隔層運行時，隔層制粉系統(tǒng)的輔助風(fēng)、周界風(fēng)開度不宜太大，否則將燃燒區(qū)域?qū)⒎殖蓛蓚€，并且燃燒區(qū)將形成富氧區(qū)，NOX產(chǎn)生量增加，并使燃燒穩(wěn)定降低。

6 燃盡風(fēng)開度對飛灰和NOX排放濃度均有較大影響，適當(dāng)降低一、二次風(fēng)量，以降低燃燒富氧區(qū)，增大燃盡風(fēng)開度來補充氧量，避免飛灰大幅度上升，保持機組運行經(jīng)濟性。

7 入口NOx升高較快或突升時，為防止脫硫CEMS出口NOx超標(biāo)時間長，除及時開大噴氨調(diào)門增大噴氨量外，最主要的是控制入口NOx，并使入口NOx快速下降，可同時采用開大燃盡風(fēng)門，提高爐膛與二次風(fēng)差壓，減少二次風(fēng)量降低氧量，提高主汽壓力通過機組協(xié)調(diào)降低煤量風(fēng)量等方法有效的降低NOx的生成量。

8 降低NOX生成采取的措施，與穩(wěn)定燃燒、提高燃燒效率采取的措施相矛盾，在運行中不應(yīng)以惡化燃燒來達(dá)到降低NOX生成。運行中應(yīng)綜合考慮所有因素，以達(dá)到最佳效果。

結(jié)束語

本文根據(jù)鍋爐燃燒過程中NOx生成規(guī)律，結(jié)合試驗運行經(jīng)驗，從爐膛溫度溫控制、停留時間和過量空氣系數(shù)調(diào)整等角度，通過調(diào)整鍋爐燃燒的運行狀態(tài)和日常運行規(guī)定，能夠較好的實現(xiàn)燃煤鍋爐運行中NOx排放瞬時超標(biāo)的控制。

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