吳軍

摘要：如何在煤粉鍋爐燃燒過程中通過燃燒調(diào)整，合理的燃燒方式控制NOx的生成

關鍵詞：優(yōu)化;節(jié)能，控制;調(diào)整;措施

燃煤NOx的控制主要在兩個階段，第一階段是在燃燒過程中通過燃燒調(diào)整、先進的燃燒方式和低氮燃燒器控制NOx生成;第二階段就是對煤燃燒產(chǎn)生的煙氣進行處理。本鍋爐采用可調(diào)水平濃淡直流式燃燒器及均等配風的燃燒方式，如何在煤粉鍋爐燃燒過程中通過燃燒調(diào)整，合理的燃燒方式控制NOx的生成是擺在我們面前的課題。經(jīng)過長期運行積累下來的經(jīng)驗，鍋爐在燃燒過程中合理的通過燃燒調(diào)整能控制NOx生成，降低脫硝SCR進口NOx的濃度。

一、煤粉燃燒NOx產(chǎn)生的原理和因素

煤粉燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要來之兩部分：一部分是燃燒時空氣帶進來的氮，在高溫下與氧反應所生成的NOx，稱為“熱力NOx”;另一部分是燃料中固有的氮化物經(jīng)過復雜的化學反應所生成的，稱為“燃料NOx”。這兩部分氮氧化物的形成的機理是不同的。除此之外，還有一部分是分子氮在火焰前沿的早期階段，在碳烴化合物的參與影響下，通過中間產(chǎn)物轉化成的NOx，稱為“瞬態(tài)型NOx”，這部分數(shù)量很少，一般不予考慮。

空氣中的氮在燃燒室的高溫下被氧化成的機理是相當復雜的，一般認為是在高溫爐膛環(huán)境下空氣中的氧分子被離解成自由原子，所產(chǎn)生的氧原子在高溫下（t>1538℃）與空氣中的氮反應生成NOx，同時釋放出氮原子。釋放出的氮原子又與空氣中的氧反應生成NO?！盁崃Ox”產(chǎn)生量與反應區(qū)的溫度、反應區(qū)的氧、氮的濃度，以及燃燒氣體在反應區(qū)的停留時間成正比，其中溫度影響尤為顯著。如果溫度相當?shù)?，自由基的氧原子?shù)量又不夠多，則熱力NOx的產(chǎn)生就會被抑制。

“燃料NOx”的形成更為復雜，目前尚未透徹了解。根據(jù)大量試驗研究表明，其形成機理的可能是：燃料進入爐膛后，由于高溫分解釋放出N、NH或CN等各種可能形式的自由基，這些自由基隨即被氧化成NO或再結合成N2，取決于局部地區(qū)的氧濃度。一般來說，燃料中氮氧化物含量越高或爐膛中氧濃度越大，則形成“燃料NOx”就越多?！叭剂螻Ox”即使在溫度較低的情況下也能生成。

綜合上述，影響燃料燃燒時NOx生成的主要因素有以下幾方面：

燃料中氮氧化物含量。氮氧化物含量越高，“燃料NOx”生成就越多。例如氣體燃料中氮氧化物含量極少，因此燃燒時生成的NOx幾乎是空氣中的氮轉化來的;相反，燃燒固體

1. 燃料煤，特別是燃燒煤粉時，煙氣中的氮氧化物絕大部分（90%）是由燃料中固體氮化物轉化而來。

2. 火焰溫度（或燃燒區(qū)的溫度）和高溫下的燃燒時間（或滯留時間）。溫度越高，NOx越易生成，特別是“熱力NOx”。在2000℃以上時NO幾乎可以在瞬間氧化而成;在1600～2000℃范圍時，如果持續(xù)時間較長，也易生成NOx，若時間較短，則NOx生成速度就慢些;在1500℃以下時，“熱力NOx”的生成速度顯著減慢，但“燃料NOx”的生成速度不變。

3. 燃燒區(qū)中的氧的濃度。燃燒區(qū)中的氧濃度增大，則不論“熱力NOx”還是“燃料NOx”，其生成量都增大。此外，當氧量供應適中時，燃燒溫度較高，更易生成NOx。若空氣供應不足，氧量減少，此時燃燒不完全，燃燒溫度下降，這樣雖然生成量減少，但會增多炭黑及CO等。如果空氣大量過剩，燃燒區(qū)中氧量與氮量雖然明顯增加，但由于此時燃燒溫度下降反而會導致NOx生成減少，同時NOx濃度也被大量空氣所稀釋而下降。

二、減少NOx排放的措施

由煤粉燃燒NOx產(chǎn)生的原理和因素可見，高溫和高的氧濃度是產(chǎn)生NOx的根源。因此減少NOx可采取以下措施：

1. 減少燃燒最高溫度區(qū)域范圍。

2. 降低燃燒峰值溫度。

3. 降低燃燒的過量空氣系數(shù)和局部氧氣濃度。

4. 控制燃料與空氣的前期混合。

5. 提高入爐的局部燃燒濃度。

6. 利用中間生成物反應降低NOx

根據(jù)NOx的形成特點，可把NOx的控制措施分成燃燒前、燃燒中和燃燒后處理三類。

1. 燃燒前脫氮主要講燃料轉化為低氮燃料。

2. 燃燒中脫氮主要是指各種降低NOx技術。

3. 燃燒后的脫氮主要是指煙氣脫硝技術

三、 控制NOx排放優(yōu)化燃燒的方式實施

我廠目前燃燒后的脫氮是采用選擇性催化還原（SCR）技術，這里不做具體介紹，這里具體介紹一下在我廠原有的燃燒設備情況下，如何通過優(yōu)化燃燒的方式來減低NOx的濃度。

本鍋爐采用可調(diào)水平濃淡直流式均等配風燃燒器， 燃燒器布置在爐膛的正四角。爐內(nèi)假想切圓直徑φ500mm 。煤粉經(jīng)一次風管中濃縮管及扭曲板的作用后被分成濃相及淡相，而且分別引射到爐膛內(nèi)向火側和背火側，確保燃燒穩(wěn)定和防止結焦。煤粉燃燒器有二層一次風噴嘴、上上、上、中、下四層二次風噴嘴以及一層三次風噴口，其中上兩層二次風提供煤粉后期燃燒所需空氣量，強化風粉混合和煤粉燃燼。在每個一次風噴口上加裝偏置周界風（在背火側周界風更多一些）。制粉系統(tǒng)：采用鋼球磨煤機儲倉制、溫風送粉、制粉系統(tǒng)乏氣作三次風入爐參加燃燒。

大量基礎研究認為決定氮氧化物最終排放的有四個關鍵的區(qū)域，分別是熱解著火區(qū)、

主燃燒區(qū)、NOx還原區(qū)和燃盡區(qū).根據(jù)我廠的煤種和爐型，結合實際的運行狀況，在爐內(nèi)燃燒的不同燃燒區(qū)域采取了針對性措施，降低NOx生成的同時，確保燃燒穩(wěn)定和鍋爐效率。

主要是主燃燒區(qū)在保證一次風射流的剛性和煤粉燃燒所需的氧氣同時，控制較低的一次風及周界風率，并相應開大上排燃盡二次風門開度，關小上、中、下排二次風門開度，在不影響煤粉燃盡的情況下，減小該區(qū)域的供氧。煤粉氣流在“貧氧”條件下燃燒速率得到一定程度控制，以降低NOx生成量。在鍋爐負荷相對較低及鍋爐氧濃度較高情況下，采取停用部分火嘴關閉一次風門及提高運行給粉機的轉速來滿足鍋爐燃燒需要，這樣能提高鍋爐局部的燃燒濃度，減少過量空氣系數(shù)控制燃料NOx的生成。鍋爐運行中盡量保留一臺制粉系統(tǒng)運行，或制粉系統(tǒng)停用時，保留排粉機運行，以控制主燃燒區(qū)的氧濃度，也減少降低NOx生成量。

通過上述的燃燒調(diào)整，脫硝SCR進口NOx由初期的800-900mg/Nm3下降至500-600mg/Nm3，有效的控制NOx生成，在不增加噴氨量情況下大大降低了NOx排放量，并大量節(jié)約了尿素用量，從節(jié)能減排效果上得到了充分的提高。

四、結語

從上述分析來看，鍋爐燃燒煙氣NOx的生成量的高低關鍵在于根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況采取的燃燒調(diào)整及優(yōu)化的燃燒方式合理安排，從試驗結果的數(shù)據(jù)分析和運行經(jīng)驗的積累來最終確定方案的執(zhí)行，并以制度的形式來進行推廣。

參考文獻：

[1]《火電廠SCR煙氣脫硝技術》，西安熱工研究院著，北京：中國電力出版社，2013.1.

[2]《鍋爐設備及運行》，姜錫倫、屈衛(wèi)東著，北京：中國電力出版社，2010.

（作者單位：上海上電電力運營有限公司）