NOx生成及控制要求措施

1、NOx 生成及控制措施-概述中國是一個以煤炭為主要能源的國家， 煤在一次能源中占75%,75%,其中84%84%以上是通過燃燒方法利用的。煤燃燒所釋放出廢氣中的氮氧化物(NOx),(NOx),是造成大氣污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)(NOx)引起的環(huán)境問題和人體健康的危害主要有以下幾方面：氮氧化物(NOx)(NOx)的主要危害：(1)(1)NOxNOx對人體的致毒作用，危害最大的是N02,N02,主要影響呼吸系統(tǒng)，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾病；(2)(2)NOxNOx對植物的損害；(3)(3)NOxNOx是形成酸雨、酸霧的主要污染物；(4)(4)NOxNOx與碳氫化合物可形成光化學(xué)煙

2、霧；(5)(5)NOxNOx參與臭氧層的破壞。不同濃度的N02N02對人體健康的影響濃度(ppm)(ppm)影響1.01.0聞到臭味5.05.0聞到很強烈的臭味10-1510-15眼、鼻、呼吸道受到強烈刺激50501 1 分鐘內(nèi)人體呼吸異常，鼻受到刺激80803 35 5 分鐘內(nèi)引起胸痛100-150100-150人在 30-6030-60 分鐘就會因肺水腫死亡200200 以上人瞬間死亡二、燃煤鍋爐NOxNOx生成機理氮氧化物(NOx)(NOx)是造成大氣污染的主要污染源之一。通常所說的NOxNOx有多種不同形式：N20N20、NONO、N02N02、N203N203、N204N204和N2

3、05,N205,其中NONO和N02N02是重要的大氣污染物，另外還有少量N20N20。我國氮氧化物的排放量中70%70%來自于煤炭的直接燃燒，電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶,因此火力發(fā)電廠是NOxNOx排放的主要來源之一。煤的燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)(NOx)主要是一氧化氮(NO)(NO)和二氧化氮(N02)(N02), ,在煤燃燒過程中氮氧化物的生成量和排放量與煤的燃燒方式，特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等密切相關(guān)。燃燒形成的NONOx x生成途徑主要由以下三個：為燃料型、熱力型和快速型3 3種。其中快速型NOxNOx生成量很少,可以忽略不計。1 1. .熱力型NOxNOx指空氣中的氮

4、氣(N2)(N2)和氧(02)(02)燃料燃燒時所形成的高溫環(huán)境下生成的N0N0和N02N02的總和，其總反應(yīng)式為：N2+O22NONO+O2cNO2當燃燒區(qū)域溫度低于10001000時，N0N0的生成量較少，而溫度在1300130015001500時，N0N0的濃度約為5005001000ppm,1000ppm,而且隨著溫度的升高，NOxNOx的生成速度按指數(shù)規(guī)律增加， 當溫度足夠高時熱力型NOxNOx可達20%20%。因此，溫度對熱力型NOxNOx的生成具有絕對性的作用，過量空氣系數(shù)和煙氣停留時間對熱力型NOxNOx的生成有很大影響。根據(jù)熱力型NOXNOX的生成過程，要控制其生成，就需要降

5、低鍋爐爐膛燃燒溫度，并避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)，以降低熱力型NOXNOX的生成。2 2.燃料型NOxNOx燃料型NOxNOx的生成是燃料中的氮化合物在燃燒過程中氧化反應(yīng)而生成的NOx,NOx,稱為燃料型NOxNOxo o燃煤電廠鍋爐中產(chǎn)生的NONOx x中大約75%75%90%90%是燃料型NOx,NOx,因此燃料型NOxNOx是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生NOxNOx的主要途徑。研究燃料型NOxNOx的生成和破壞機理，對于控制燃燒過程中NOxNOx的生成和排放，具有重要的意義。在燃料燃燒生成NOxNOx的過程中,如遇到煌（CH.CH.）或碳（C C）時,NONO將會被還原成氮分子電，這一過程中被稱為NONO的

6、再燃燒或燃料分級燃燒。根據(jù)這一原理，將進入鍋爐爐膛的煤粉分層分級引入燃燒，可以有效地控制NOxNOx的生成與排放。燃料型NOxNOx的生成和破壞過程不僅與煤種特性、燃料中的氮化合物受熱分解后在揮發(fā)分和焦炭中的比例,成分和分布有關(guān)， 而且其反應(yīng)過程還和燃燒條件（如溫度和氧）及各種成分的濃度密切相關(guān)。在燃料進入爐膛被加熱后， 燃料中的氮有機化合物首先被熱分解成氟（HCNHCN） , ,氨（NH4NH4）和CNCN等中間產(chǎn)物，它們隨揮發(fā)份一起從燃料中析出，被稱為揮發(fā)分NoNo揮發(fā)分N N析出后仍殘留在燃料中的氮化合物,稱為焦炭NoNo在一般情況下，燃料型NOxNOx的主要來源是揮發(fā)N,N,其占總量的

7、60%60%80%,80%,其余為焦炭N N所形成。在氧化性環(huán)境中生成的NOx,NOx,遇到還原性氣氛時，會還原成N2N2。因此鍋爐燃燒最初形成的NOx,NOx,并不等于其排放濃度， 而隨著鍋爐燃燒條件的改變， 生成的NOxNOx可能被還原,或被破壞。煤中的N N在燃燒過程中轉(zhuǎn)化為NOxNOx的量與煤的揮發(fā)份及燃燒過量空氣系數(shù)有關(guān)，在過量空氣系數(shù)大于1 1的氧化性氣氛中，煤的揮發(fā)分越高，NOxNOx的生成量就越多，過?？諝庀禂?shù)小于1,1,高揮發(fā)份燃煤的NOxNOx生成量較低，其主要原因是高揮發(fā)份的燃料迅速燃燒，使燃燒區(qū)域氧量降低，不利于NOxNOx的生成。綜合的說，燃料型NOxNOx指燃料中含

8、氮化合物在燃燒過程中進行熱分解，繼而進一步氧化而生成NOxNOx。其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOxNOx約占NOxNOx總生成量的75%75%90%90%。過量空氣系數(shù)越高，NOxNOx的生成和轉(zhuǎn)化率也越高。3 3.快速型NOx,NOx,指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如C CH H等反應(yīng)生成NOxNOxo o主要是指燃料中碳氫化合物在燃料濃度較高的區(qū)域燃燒時所產(chǎn)生的燒,與燃燒空氣中的N2N2發(fā)生反應(yīng)，形成的CNCN和HCNHCN繼續(xù)氧化而生成的NOxNOx。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳氫燃料時才予以考慮。在這三種形式中， 快速型NONOx x所占比例

9、不到5%5%；在溫度低于13001300時，幾乎沒有熱力型NOxNOx。對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOxNOx主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生?？刂芅OxNOx排放的技術(shù)指標可分為一次措施和二次措施兩類， 一次措施是通過各種技術(shù)手段降低燃燒過程中的NOxNOx生成量；二次措施是將已經(jīng)生成的NOxNOx通過技術(shù)手段從煙氣中脫除。三、燃煤鍋爐NOxNOx生成因素1 1. .爐溫對NOXNOX生成的影響:爐溫主要影響熱力NOXNOX的生成量從而影響總的NOXNOX生成量。爐溫越高，所占比例越大。2 2.過?？諝庀禂?shù)對NOXNOX生成的影響：過?？諝庀禂?shù)對燃料NOXNOX、熱力NOXNOX及快速NOXNOX均有

10、影響，但影響的趨勢不同，當a a開始增加時,熱力NOXNOX和燃料NOXNOX都增加，當超過1.11.1時熱力NOXNOX減少，燃料NOXNOX繼續(xù)增加，總的NOXNOX隨a a的增加而增加。3 3.預(yù)熱空氣溫度對NOXNOX生成的影響：如果提高預(yù)熱空氣溫度，則煤粉著火提前，這樣可提高爐內(nèi)溫度水平，使熱力NOXNOX增加，同時燃燒初始區(qū)的溫度水平，使揮發(fā)分大量析出，因而揮發(fā)分NOXNOX大量增加。所以預(yù)熱空氣溫度越高，NOXNOX生成量越多。4 4.煤質(zhì)對NOXNOX生成的影響：（1 1）揮發(fā)分的影響：當揮發(fā)分增加時，著火提前，溫度峰值和平均溫度均會有所提高，熱力NOXNOX增加；同時揮發(fā)分含

11、量增多，使得燃料型NOXNOX也會提高；（2 2）水分的影響：水分增加，著火延遲，則燃料與空氣之間的混合良好，即著火區(qū)氧濃度增加，燃料中的氮在著火階段停留時間增加，反應(yīng)充分，故燃料型NOXNOX增加。另外，水分增加，發(fā)熱量降低，溫度水平降低，熱力型NOXNOX降低，但總NOXNOX的生成量增加。（3 3）含氮量的影響：隨含氮量的增加，NOXNOX增加。5 5煤粉細度對NOXNOX生成的影響：在不考慮低氮燃燒時，煤粉細度越細，則燃燒越快，溫度越高，熱力NOXNOX越多；同時，煤粉加熱快，溫度峰值高，則析出的揮發(fā)分多。而且此時與空氣混合程度高，燃料NONOX X多。6 6.負荷對NOXNOX的影響

12、： 隨著負荷的降低， 爐膛溫度降低， 熱力型NONOX X生產(chǎn)量降低，但負荷降低，過量空氣系數(shù)增加，總的燃燒區(qū)過量空氣量增加，燃料型NOXNOX增加，因此，在負荷降低過程中，NOXNOX含量先降低后升高。、降低燃料型NOxNOx排放的主要技術(shù)措施低NOxNOx燃燒技術(shù)：NOxNOx的形成起決定作用的是燃燒區(qū)域的溫度和過量空氣系數(shù)，因此，通過控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量，已達到阻止NOxNOx的生成及降低其排放的目的， 我們稱該技術(shù)為低氮燃燒技術(shù)。 對低氮燃燒技術(shù)的要求是，在降低NOxNOx的同時，使鍋爐燃燒穩(wěn)定，且飛灰含碳量不能超標。為了控制燃燒過程中NOxNOx的生成量所采取的措施原則為：（1

13、 1）降低過量空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；（2 2）降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)；（3 3）縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時間等。低NOxNOx燃燒技術(shù)主要包括：低過量空氣系數(shù)、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán),低NOxNOx燃燒器。1 1、低過量空氣燃燒使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進行， 隨著煙氣中過量氧的減少,可以抑制NOXNOX的生成。這是一種最簡單的降低NOXNOX排放的方法。一般可降低NOXNOX排放1520%1520%。但如爐內(nèi)氧濃度過低（3%3%以下），會增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，使鍋爐燃燒效率下降。因此,在鍋爐運行時,應(yīng)選取最合

14、理的過量空氣系數(shù)。2 2、空氣分級燃燒基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成,采用倒三角的配風方式。在第一階段預(yù)燃階段,將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少（相當于理論空氣量的80%80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。此時第一級燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)a a1,11的條件下完成全部燃燒過程。這一方法彌補了簡單的低過量空氣燃燒的缺點。在第一級燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)越小,抑制NOXNOX的生成效果越好， 但不完全燃燒產(chǎn)物越多,導(dǎo)致燃燒效率降低、引起結(jié)渣和腐蝕的可能性越大。因此,為保證既能減少NOXNOX的排放,又保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性和可靠性， 必須正確組織空氣分級燃燒過程。3 3、燃料分級燃燒在

15、燃燒中已生成的NONO遇到煌根CHiCHi和未完全燃燒產(chǎn)物COCO、H2H2、C C和CnHmCnHm時,會發(fā)生NONO的還原反應(yīng),重新還原為N2N2。利用這一原理，將主要燃料送入第一級燃燒區(qū),在a a11條件下， 燃燒并生成N0XN0Xo o送入一級燃燒區(qū)的燃料稱為一次燃料,其余1520%1520%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū),在a a11的條件下形成很強的還原性氣氛,使得在一級燃燒區(qū)中生成的NOXNOX在二級燃燒區(qū)（再燃區(qū)）內(nèi)被還原成氮分子，送入二級燃燒區(qū)的燃料又稱為二次燃料,或稱再燃燃料。 在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOXNOX得到還原,還抑制了新的NOXNOX的生成,可使NO

16、XNOX的排放濃度進一步降低。在采用燃料分級燃燒時，為了有效地降低NOXNOX排放,再燃區(qū)是關(guān)鍵。 因此,需要研究在再燃區(qū)中影響NOxNOx濃度值的因素。4 4、煙氣再循環(huán)目前使用較多的還有煙氣再循環(huán)法， 它是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐內(nèi)，或與一次風或二次風混合后送入爐內(nèi),這樣不但可降低燃燒溫度,而且也降低了氧氣濃度,進而降低了NOXNOX的排放濃度。但是,在現(xiàn)有設(shè)備沒再循環(huán)就得進行設(shè)備改造,還是進行經(jīng)濟性和安全性比較后才能實施。我廠燃燒方式采用四角切圓燃燒。一、二次風噴口均可上下擺動,擺動角度能達到設(shè)計值，最大擺角為3030。o o噴口的擺動由能反饋電信號的（4 420

17、mA20mA）的進口氣動智能型執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)，執(zhí)行機構(gòu)有足夠的扭矩，能使燃燒器擺動靈活，四角同步，每個執(zhí)行機構(gòu)要求有一個4 420mA20mA位置反饋并送至DCS,DCS,燃燒器上設(shè)有擺動角度指示標志。主風箱設(shè)有五層強化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風（周界風）。在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有一層輔助風噴嘴，在主風箱上部設(shè)有三層緊湊燃燼風噴嘴，在主風箱下部設(shè)有一層二次風噴嘴。在主風箱上部布置有高位燃燼風燃燒器，包括三層可水平擺動的分離燃盡風（高位燃燼風）噴嘴。SOFASOFA風噴嘴可上下和左右水平擺動，來控制爐膛出口煙溫偏差。U!、我廠燃燒器布置一次風噴口應(yīng)采用防止燒壞或磨損的新型合金

18、材料制造，當燃燒器檢修時，可以從外部進行拆裝。燃燒器的設(shè)計和布置應(yīng)保證NOxNOx排放濃度不超過250mg/Nm3250mg/Nm3（干基02=6%02=6%）。每臺磨煤機出口由四根煤粉角布置的煤粉燃燒器，煤粉管道直徑530X10mm530X10mm。在入口彎頭和燃燒器之間布置有手動煤閘門，在檢修時可以起到隔斷的作用。一次風煤粉燃燒器采用水平濃淡形式并設(shè)置偏置周界風，形成濃淡兩股氣流噴入爐膛，濃相煤粉在向火側(cè)首先著火，然后點燃位于背火側(cè)的淡相使燃燒穩(wěn)定持續(xù)。在煤粉噴嘴內(nèi)裝設(shè)波形鈍體結(jié)構(gòu)，一次風粉混合物射流通過鈍體時，下游產(chǎn)生一個穩(wěn)定的回流區(qū)，使著火點穩(wěn)定；鈍體前端阻擋塊，有利于穩(wěn)定回流區(qū)；波形

19、結(jié)構(gòu)可增加一次風與爐內(nèi)熱煙氣接觸面積。淡相煤粉配以偏置周界風提高了水冷壁附近的氧量，增加其氧化性氣氛，更好地防止結(jié)焦、防止高溫腐蝕。五、燃燒調(diào)整措施管道接至同一層既可自動上下擺動3030。的，又可手動左右擺動 1515。1 1 . .各班組要注意監(jiān)視脫硝DCSDCS畫面各參數(shù)是否正常， 保證脫硝入口煙氣NOxNOx濃度在300300mg/Nm3mg/Nm3以下， 脫硝出口煙氣NOxNOx濃度在100100mg/Nmmg/Nm3 3以下，如NOxNOx濃度超標，應(yīng)及時調(diào)整。2 2.鍋爐燃燒氧量必須滿足設(shè)計要求，依據(jù)機組負荷（當機組負荷大于180MW180MW時）及時開啟燃盡風擋板，滿負荷運行時必須保證燃盡風擋板開度大于70%,70%,氧量高時通過降低各層燃燒器二次風量進行調(diào)整， 從而實現(xiàn)燃燒區(qū)高溫低氧、燃燼區(qū)低溫高氧的燃燒方式。3 3.保持水冷壁受熱面清潔，在機組負荷大于240MW240MW時，必須投爐吹進行水冷壁吹灰，防止水冷壁結(jié)焦造成爐膛溫度升高。4 4 . .由于煤粉細度較細時爐內(nèi)的火焰峰值溫度較高，燃燒強度較大，可使NOxNOx排放有一定增加，在不影響飛灰含碳量的前提下，適當?shù)恼{(diào)整煤粉細度。5 5 . .由于降低熱二次風溫度可以降低爐內(nèi)溫度水平，從而達到降低NOxNO