王朝威

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

2014年，環(huán)保部發(fā)布《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，各個(gè)企業(yè)部門不得不進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。近幾年，我國(guó)環(huán)保部門對(duì)燃煤管控日趨嚴(yán)格，如何控制燃煤產(chǎn)生的污染物也成為一個(gè)非常重要的課題。

1 對(duì)氮氧化物的影響與控制

1.1 氮氧化物的生成機(jī)理

鍋爐中的氮氧化物主要來(lái)源于以下2部分：①燃料中的含氮物質(zhì)燃燒生成氮氧化物。這種方式攜帶的氮元素含量較低。②由空氣中攜帶的大量氮?dú)庠诟邷刈饔孟律桑@也是氮氧化物產(chǎn)生的最主要原因。氮氧化物的生成量主要取決于氧氣與氮?dú)鉂舛?、燃燒溫度，一般濃度越大，溫度越高，產(chǎn)生的氮氧化物越多。按氮氧化物的形成機(jī)理來(lái)分，可將其分為燃料型、熱力型和快速型。燃料型氮氧化物形成的機(jī)理比較復(fù)雜，與燃料特性、燃料結(jié)構(gòu)比例等諸多因素有關(guān)，主要影響因素是燃料揮發(fā)分含量與燃燒過(guò)程中的過(guò)量空氣系數(shù)。雖然燃料性質(zhì)無(wú)法改變，但過(guò)量的空氣系數(shù)可通過(guò)燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來(lái)控制。熱力型氮氧化物在燃燒溫度低于1 000℃時(shí)生成量比較少，1 300～1 500℃時(shí)生成量比較多，因此，可以采取控制燃燒溫度的方式來(lái)抑制?？紤]到煤料灰熔點(diǎn)，避免結(jié)渣和氮氧化物的生成，一般鍋爐燃燒溫度控制在1 200℃以下為宜。快速型氮氧化物主要產(chǎn)生于碳?xì)浠衔锖枯^高、氧濃度比較低的富燃料區(qū)，因此，可以通過(guò)控制空氣供給量、燃料濃度或者氧氣濃度來(lái)抑制氮氧化物的生成。

1.2 燃燒器結(jié)構(gòu)與布置措施

1.2.1 煙氣再循環(huán)

采用煙氣再循環(huán)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是尾部煙氣具有一定溫度，通入爐膛既可以降低燃燒溫度，又不至于讓燃燒溫度過(guò)低。在實(shí)際工作中，調(diào)節(jié)煙氣供給與空氣供給的比例，并進(jìn)行有效的控制，有利于遏制熱力型氮氧化物的生成。燃燒器的布置方法主要有2種：①氧氣與煙氣混合后一同攜帶煤粉進(jìn)入爐膛燃燒。這種方法不利于煤粉與氧氣的充分接觸。②先讓空氣作為一次風(fēng)攜帶煤粉進(jìn)行燃燒，然后將煙氣與二次風(fēng)混合再噴入燃燒區(qū)進(jìn)一步燃燒。這種方法既有利于煤粉初步燃燒，又使得燃燒溫度不至于過(guò)高。

1.2.2 分級(jí)燃燒

分級(jí)燃燒的主要措施是：①將燃料分為2部分，由不同燃燒器噴嘴噴入爐膛，燃料比較多的一部分先進(jìn)行富氧燃燒，然后再與較少的另一部分混合，將一級(jí)燃燒生成的氮氧化物還原。②將爐內(nèi)燃燒空間分為2部分，不同的燃燒區(qū)域采用不同的氧氣濃度。爐內(nèi)底部為主燃燒區(qū)，控制此處的溫度，使空氣供給不足，即可形成缺氧燃燒的局面，抑制氮氧化物的生成。然后燃料在煙氣流帶動(dòng)下進(jìn)入富氧區(qū)（可以通過(guò)燃燒器噴嘴二次進(jìn)風(fēng)），在此區(qū)域內(nèi)完全燃燒，有效抑制氮氧化物的生成，而且溫度也可以用進(jìn)風(fēng)溫度來(lái)調(diào)節(jié)。③為了使效果更加顯著，可以將以上方法結(jié)合，即將煙氣循環(huán)與空氣混合，再分級(jí)進(jìn)入鍋爐控制燃燒溫度和氧氣濃度。同時(shí)，采用兩部分分級(jí)法，一部分是燃燒器內(nèi)分級(jí)，另一部分是鍋爐內(nèi)燃燒器布置分級(jí)。燃燒器內(nèi)分級(jí)是將煤粉與空氣以及煙氣分級(jí)供給，通過(guò)控制空氣進(jìn)給量（或者氧氣進(jìn)給量）輔以煙氣調(diào)節(jié)燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物生成量的控制。鍋爐內(nèi)燃燒器布置是將爐內(nèi)空間分為主燃燒區(qū)、主還原區(qū)和完全燃燒區(qū)，分級(jí)噴入不同濃度的燃料、空氣和煙氣，以達(dá)到進(jìn)一步減少氮氧化物的目的。分級(jí)燃燒的缺陷是，煙氣與空氣的混合比例難以控制，過(guò)多的煙氣和空氣會(huì)使?fàn)t內(nèi)溫度降低過(guò)多，不利于煤粉充分燃燒，且容易帶走爐內(nèi)熱量，降低鍋爐效率；過(guò)少的空氣會(huì)導(dǎo)致燃料不能充分燃燒。

2 對(duì)硫化物的影響與控制

2.1 硫化物的生成機(jī)理

硫化物主要是指二氧化硫和三氧化硫，煤料中的含硫物質(zhì)（煤中硫的主要存在形式可以分為3種，即有機(jī)硫、硫鐵礦硫和硫酸鹽硫）在高溫作用下，與空氣中的氧生成二氧化硫，或者與富氧進(jìn)一步生成三氧化硫。

2.2 燃燒器結(jié)構(gòu)與布置安排

干法脫硫技術(shù)結(jié)構(gòu)與布置安排是：①大多數(shù)鍋爐都要將煤磨制成粉，同樣可以同時(shí)將石灰石磨成粉，然后與煤粉一起通過(guò)燃燒器通入爐內(nèi)。煤粉燃燒時(shí)，將熱量傳遞給石灰石粉末，石灰石粉末在高溫作用下生成氧化鈣，氧化鈣繼續(xù)與生成的二氧化硫反應(yīng)生成固體化合物。這時(shí)，鍋爐燃燒器不僅要進(jìn)氣、進(jìn)煤粉，還要進(jìn)石灰石粉。石灰石粉的顆粒大小要根據(jù)燃燒溫度而定，過(guò)粗的粉末易下沉，不利于充分吸收燃燒物中的二氧化硫，且會(huì)對(duì)燃燒器造成磨損，而過(guò)細(xì)的石灰石粉則會(huì)增加運(yùn)行成本。②前面已述，可以采用燃燒空間分級(jí)的方法進(jìn)行燃燒。對(duì)于石灰石脫硫，同樣可以采用在不同的燃燒空間分級(jí)噴鈣的方式。石灰石粉末可以利用再循環(huán)煙氣噴入爐膛內(nèi)，這樣既不會(huì)降低爐膛溫度，又能達(dá)到輸送石灰石粉末的目的，反應(yīng)過(guò)程與1.2中所述內(nèi)容一致。這種方法是將燃燒中產(chǎn)生的硫化物固定在固體物質(zhì)中。③上述2種方法可以結(jié)合使用，在燃燒器端混合石灰石與煤粉，煤料燃燒時(shí)，釋放大量熱能，使石灰石粉分解得更加充分，氧化鈣生成量更多，更有利于實(shí)時(shí)吸收生成的硫化物。在燃燒過(guò)程中，噴鈣有利于二氧化硫的進(jìn)一步吸收，使?fàn)t膛出口處的煙氣污染物含量降至最低。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，將同一種脫硫方式應(yīng)用于鍋爐的不同部位，操作簡(jiǎn)單易行，運(yùn)行成本不高；缺點(diǎn)是石灰石粉與煤粉的比例不易控制，過(guò)多的石灰石粉末會(huì)吸收一部分熱能，其作為廢渣排出時(shí)也會(huì)帶走一部分熱能，而過(guò)少的石灰石粉末會(huì)使?fàn)t內(nèi)硫化物吸收得不充分，過(guò)粗的石灰石粉末易對(duì)燃燒器噴嘴造成磨損。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了從燃燒端控制氮氧化物和硫化物的生成，出現(xiàn)了許多低氮燃燒器的設(shè)計(jì)，其主要設(shè)計(jì)思路都是在過(guò)量空氣系數(shù)、氧配比上進(jìn)行研究，以有效抑制氮氧化物的生成。除了從燃燒端控制外，在煙氣處理部分進(jìn)行的研究也卓有成效，綜合運(yùn)用已知技術(shù)是處理污染物的關(guān)鍵。本文根據(jù)當(dāng)前燃燒器的設(shè)計(jì)思路，提出了運(yùn)用煙氣再循環(huán)與分級(jí)燃燒技術(shù)以抑制氮氧化物生成的方案，以及運(yùn)用燃燒器內(nèi)部與爐膛內(nèi)燃燒器布置及時(shí)吸收硫化物的方案，以期將硫化物排放量降至最低。

［1］王雷.電廠鍋爐低氮燃燒器改造項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2016.

［2］徐寧.關(guān)于京隆電廠低氮燃燒器改造的研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2015.

［3］孫鐵朦.氮氧化物的形成及控制技術(shù)［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2017.