電站燃煤鍋爐降低NOx排放的措施

1、電站燃煤鍋爐降低 NOx 排放的措施了解爐內(nèi) NOx 生成機(jī)理以及低 NOx 燃燒控制技術(shù), 對于掌握鍋爐 NOx 排放特性很有幫助, 特別是 對于進(jìn)行過低氮燃燒器改造的廠。因為很多人反映當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化時, SCR 入口氮氧化物波動大,不知道 如何進(jìn)行運行調(diào)整。 這樣造成噴氨量增加, 脫硝成本也跟著上去了。 本文能給運行技術(shù)人員控制 NOx 排放 具有指導(dǎo)意義?；痣姀S是大氣污染物 NOx 的主要排放源。 目前國內(nèi)燃煤電廠普遍采用的 NOx 控制技術(shù)有兩 類:一種為爐內(nèi)通過合理組織燃燒,控制燃燒過程中 NOx 生成量;另一種為爐外降低煙氣 中的 NOx 含量的煙氣脫硝技術(shù)。目前很難通過低氮燃燒技

2、術(shù)滿足排放法規(guī)的要求,但是通 過減少爐內(nèi)的 NOx 生成量可以降低煙氣脫硝裝置的運行成本。因此必須將低氮燃燒和煙氣 脫硝兩種技術(shù)結(jié)合起來才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。煙氣脫硝技術(shù)主要是利用還原劑 (液氨、 氨水、 尿素 在催化劑的作用下, 還原燃燒過程中產(chǎn)生的 NOx , 主要有選擇性催化還原法 (SCR和選擇性非催化還原法 (SNCR兩種煙氣脫硝技術(shù)。目前使用較多的是液氨做還原劑的選擇 性 催化還原法。煤粉爐燃燒過程中主要生成 NO 和 NO 兩種氮氧化物,其中 NO 約占 95%以上。根據(jù) NOx 生成機(jī)理的不同煤粉燃燒過程中可分為熱力型、燃料型和快速型三種:熱力型 NOx 大量生 成的溫度區(qū)域

3、主要位于 1000以上; 快速型 NOx 主要是燃料中 CH 基團(tuán)與空氣中氮氣反應(yīng), 生成含 N 的中間產(chǎn)物,隨后被氧化為 NO ;燃料型 NOx 主要是燃燒過程燃料中的氮部分受 熱分解隨著揮發(fā)份的析出而析出,剩余部分留在焦炭中。煤中的含氮量約在 0.43%,這些氮在燃燒中被分解后釋放,形成 HCN 等中間產(chǎn)物,通過 與 OH 、 O 、 O2等進(jìn)行反應(yīng),一部分轉(zhuǎn)換為 NO ,其余的還原成 N 。因此,燃煤中的含 N 量越高, 燃燒過程中煤中 N 轉(zhuǎn)化為 NOx 也就越多。 燃料中的氮在較低的溫度下就可以分解, 因此溫度對燃料型 NOx 的生成量的影響較小。煤粉燃燒過程中生成的燃料 NOx 源

4、于煤中揮發(fā)分所含氮和焦炭所含氮, 焦炭中的氮向 NOx 的轉(zhuǎn)換率很低,主要還是揮發(fā)分中的氮燃燒生成 NOx 。影響揮發(fā)分中 NOx 生成量的主要因素有著火過程中揮發(fā)分析出量、氧濃度、停留時間。揮 發(fā)份析出量取決于煤種和熱解溫度, 揮發(fā)份析出量高, 揮發(fā)份 NOx 也多; 揮發(fā)份 NOx 含量 隨著氧濃度的增加而增加,隨著氧濃度的降低還原作用增強,揮發(fā)份 NOx 含量降低;正常 燃燒工況過量空氣系數(shù)大于 1時, NOx 含量隨著停留時間的增加而增加,富燃料工況下, 隨著停留時間的增加 NOx 含量降低。煤粒在爐內(nèi)的燃燒過程可以分成三個階段:初始階段,溫度低,反應(yīng)十分緩慢;揮發(fā)分析出 著火燃燒階段

5、,溫度急劇升高;焦炭燃盡階段,氧氣濃度減少,氧化反應(yīng)減慢。三個階段的 NOx 的生成或分解反應(yīng)有所不同:第一階段, NOx 的生成或分解都很少;第二階段,溫度 很高,濃度過大, NOx 的生成和分解都進(jìn)行的很快,但 NOx 的生成反應(yīng)要快得多,因而NOx 濃度急劇增加,也有部分 NOx 轉(zhuǎn)變成 N2,當(dāng)爐溫達(dá)到最高值時, NOx 濃度也達(dá)到最 大值; 第三階段, 進(jìn)人焦炭燃盡階段, 氧濃度減少, 這時雖然不斷的生成焦炭 NOx , 但是, 已經(jīng)生成的 NOx 中有部分被焦炭還原分解生成 N ,而逐漸減少。一是減少爐內(nèi)過量空氣系數(shù); 二是較低的氧濃度條件下, 通過增加燃盡高度等措施使燃料中 的氮

6、不易生成 NOx ,使已生成的 NOx 被還原;三是通過降低熱風(fēng)溫度和采用煙氣再循環(huán)的 方式降低爐內(nèi)溫度峰值以減少熱力 NOx ;四是在爐內(nèi)加入還原劑 (SNCR技術(shù) 。4. 1 分級燃燒分級燃燒可以分為燃燒室中的分級燃燒和單個燃燒器的分級燃燒兩類。 主要有兩種方式燃料 分級和空氣分級。 燃料燃燒的空氣分段送入爐內(nèi), 在主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)較低, 燃燒溫度 降低,使得 NOx 生成量降低;但是會產(chǎn)生 CO 等不完全燃燒產(chǎn)物,第二階段將燃燒需要的 剩余風(fēng)量以燃盡風(fēng)的形式送人爐膛, 這樣不僅可以保證燃料的燃盡還可以降低 NOx 生成量。 單個燃燒器的分級燃燒主要適用于旋流燃燒器, 有內(nèi)分級和外分級

7、兩種混合方式。 把二次風(fēng) 分階段逐漸送人爐膛, 從而燃料燃燒區(qū)域被劃分為富燃區(qū)和富氧區(qū), 富燃區(qū)位于燃燒器出口 附近, 富氧區(qū)位于二次風(fēng)全部進(jìn)入的燃盡區(qū)。 火焰根部的富燃料區(qū)抑制了燃料 NOx 的生成, 空氣分級送入使得火焰溫度降低,減少了熱力 NOx 的 生成量。4. 2 再燃燒法第一燃燒區(qū), 氧化性或稍還原性氣氛 ( 1 ; 第二燃燒區(qū), 將二次燃料送入還原性氣氛 ( <1, 因而生成碳?xì)浠衔锘鶊F(tuán), 這些基團(tuán)與第一燃燒區(qū)內(nèi)生成的 NO 反應(yīng), 最終生成 N , 這個區(qū) 域為再燃燒區(qū), 二次燃料稱為再燃燃料; 三燃燒區(qū), 再送人二次風(fēng) ( 1 , 使燃料燃燒完全, 為燃盡區(qū)。再燃法的

8、實際應(yīng)用:在貧燃區(qū)的下游處將大約總?cè)剂系?15%導(dǎo)人到燃燒區(qū)域, 形成再燃區(qū), 在再燃區(qū),通過和碳?xì)浠衔锛捌渲虚g產(chǎn)物,進(jìn)行還原反應(yīng),從而減少 NO 。在再燃區(qū)的燃 盡階段補入空氣,使?fàn)t內(nèi)燃料最終燃盡。4. 3 低氧燃燒低氧燃燒能夠減少燃燒過程中 NOx 生成量。 降低 NOx 生成量的同時由于煙氣量減少鍋爐排 煙損失降低, 提高了鍋爐效率; 但化學(xué)不完全損失 q3以及飛灰含碳量 q3等均會有所增加, 降低了鍋爐效率。 因此, 在確定低過量空氣系數(shù) 運行范圍時, 必須綜合考慮鍋爐效率、 NOx 排放等因素。4. 4 煙氣再循環(huán)將部分低溫?zé)煔庵苯铀腿藸t內(nèi)或與空氣混合送入爐內(nèi), 可以是一次風(fēng)也可以是二次風(fēng)。 因煙 氣溫度較低和降低了氧濃度,使燃燒速率和爐內(nèi)溫度水平降低,因而熱力 NOx 減少。適用 于含氮量低的燃料, 對于燃用揮發(fā)份較低著火困難煤種時, 受到穩(wěn)燃因素的限制, 不宜采用 該方式。4. 5 低 NOx 燃燒器鍋爐的燃燒方式主要由切圓燃燒方式、對沖燃燒方式以及 W 火焰燃燒方式。切圓燃燒方式 主要有 PM 燃燒器和水平濃淡燃燒器等,都是通過采取措施實現(xiàn)濃相和淡相的分別燃燒。 5 結(jié)論與建議1 根據(jù)煤粉鍋爐 NOx 的生成機(jī)理,通過不同的措施控制燃燒過程各階段 NOx 的生成量2 要根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)特點、 煤質(zhì)條件等選擇合理的低氮燃燒技術(shù),在保證