NOx生成及控制措施

NOx生成及控制有效舉措NOx生成及控制有效舉措NOx生成及控制有效舉措NOx生成及控制舉措一概括中國是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家，煤在一次能源中占75％，此中84％以上是經(jīng)過焚燒方法利用的。煤焚燒所開釋出廢氣中的氮氧化物(NOx)，是造成大氣污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)惹起的環(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)的主要危害：(1)NOx對(duì)人體的致毒作用，危害最大的是NO2，主要影響呼吸系統(tǒng)，可惹起支氣管炎和肺氣腫等疾??；(2)NOx對(duì)植物的傷害；(3)NOx是形成酸雨、酸霧的主要污染物；(4)NOx與碳?xì)浠衔锟尚纬晒饣瘜W(xué)煙霧；(5)NOx參加臭氧層的損壞。不一樣樣濃度的NO2對(duì)人體健康的影響濃度(ppm)影響1.0聞到臭味5.0聞到很激烈的臭味10-15眼、鼻、呼吸道遇到激烈刺激501分鐘內(nèi)人體呼吸異樣，鼻遇到刺激803－5分鐘內(nèi)惹起胸痛100-150人在30－60分鐘就會(huì)因肺水腫死亡200以上人瞬時(shí)死亡二、燃煤鍋爐NOx生成機(jī)理氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染源之一。平常所說的NOx有多種不一樣樣形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，此中NO和NO2是重要的大氣污染物，其他還有少許N2O。我國氮氧化物的排放量中70％來自于煤炭的直接焚燒，電力工業(yè)又是我國的燃煤大戶，因此火力發(fā)電廠是NOx排放的主要根源之一。煤的焚燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）主假如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），在煤焚燒過程中氮氧化物的生成量和排放量與煤的焚燒方式，特別是焚燒溫度和過分空氣系數(shù)等親密有關(guān)。焚燒形成的NOx生成門路主要由以下三個(gè)：為燃料型、熱力型和快速型3種。此中快速型NOx生成量極少,可以忽視不計(jì)。熱力型NOx指空氣中的氮?dú)猓∟2）和氧(O2)燃料焚燒時(shí)所形成的高溫環(huán)境下生成的NO和NO2的總和，其總反應(yīng)式為：N2O22NONOO2NO2當(dāng)焚燒地區(qū)溫度低于1000℃時(shí)，NO的生成量較少，而溫度在1300℃—1500℃時(shí)，NO的濃度約為500—1000ppm，并且跟著溫度的高升，NOx的生成速度按指數(shù)規(guī)律增添，當(dāng)溫度足夠高時(shí)熱力型NOx可達(dá)20%。因此，溫度對(duì)熱力型NOx的生成擁有絕對(duì)性的作用，過分空氣系數(shù)和煙氣逗留時(shí)間對(duì)熱力型NOx的生成有很大影響。依據(jù)熱力型NOX的生成過程，要控制其生成，就需要降低鍋爐爐膛焚燒溫度，并防備產(chǎn)生局部高溫區(qū)，以降低熱力型NOX的生成。燃料型NOx燃料型NOx的生成是燃猜中的氮化合物在焚燒過程中氧化反應(yīng)而生成的NOx，稱為燃料型NOx。燃煤電廠鍋爐中產(chǎn)生的NOx中大概75%～90%是燃料型NOx，因此燃料型NOx是燃煤電廠鍋爐產(chǎn)生NOx的主要門路。研究燃料型NOx的生成和損壞機(jī)理，關(guān)于控制焚燒過程中NOx的生成和排放，擁有重要的意義。在燃料焚燒生成NOx的過程中，如遇到烴（CHm）或碳（C）時(shí)，NO將會(huì)被復(fù)原成氮分子N2,，這一過程中被稱為NO的再焚燒或燃料分級(jí)焚燒。依據(jù)這一原理，將進(jìn)入鍋爐爐膛的煤粉分層分級(jí)引入焚燒，可以有效地控制NOx的生成與排放。燃料型NOx的生成和損壞過程不只與煤種特色、燃猜中的氮化合物受熱分解后在揮發(fā)分和焦炭中的比率、成分和散布有關(guān)，并且其反應(yīng)過程還和焚燒條件（如溫度和氧）及各樣成分的濃度親密有關(guān)。在燃料進(jìn)入爐膛被加熱后，燃猜中的氮有機(jī)化合物第一被熱分解成氰HCN），氨（NH4）和CN等中間產(chǎn)物，它們隨揮發(fā)份一同從燃猜中析出，被稱為揮發(fā)分N。揮發(fā)分N析出后仍殘留在燃猜中的氮化合物，稱為焦炭N。在一般狀況下，燃料型NOx的主要根源是揮發(fā)N，其占總量的60%～80%，其他為焦炭N所形成。在氧化性環(huán)境中生成的NOx，遇到復(fù)原性氛圍時(shí)，會(huì)復(fù)原成N2。因此鍋爐焚燒最先形成的NOx，其實(shí)不等于其排放濃度，而跟著鍋爐焚燒條件的改變，生成的NOx可能被復(fù)原，或被損壞。煤中的N在焚燒過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镹Ox的量與煤的揮發(fā)份及焚燒過分空氣系數(shù)有關(guān)，在過分空氣系數(shù)大于1的氧化性氛圍中，煤的揮發(fā)分越高，NOx的生成量就越多，節(jié)余空氣系數(shù)小于1，高揮發(fā)份燃煤的NOx生成量較低，其主要原由是高揮發(fā)份的燃料快速焚燒，使焚燒地區(qū)氧量降低，不利于NOx的生成。綜合的說，燃料型NOx指燃猜中含氮化合物在焚燒過程中進(jìn)行熱分解，既而進(jìn)一步氧化而生成NOx。其生成量主要取決于空氣燃料的混淆比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。過分空氣系數(shù)越高,NOx的生成和轉(zhuǎn)變率也越高?？焖傩蚇Ox，指焚燒時(shí)空氣中的氮和燃猜中的碳?xì)潆x子團(tuán)如CH等反應(yīng)生成NOx。主假如指燃猜中碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高的地區(qū)焚燒時(shí)所產(chǎn)生的烴,與焚燒空氣中的N2發(fā)生反應(yīng)，形成的CN和HCN連續(xù)氧化而生成的NOx。在燃煤鍋爐中，其生成量很小，一般在燃用不含氮的碳?xì)淙剂蠒r(shí)才予以考慮。在這三種形式中，快速型NOx所占比率不到5％；在溫度低于1300℃時(shí)，幾乎沒有熱力型NOx。對(duì)常例燃煤鍋爐而言，NOx主要通過燃料型生成門路而產(chǎn)生。控制NOx排放的技術(shù)指標(biāo)可分為一次舉措和二次舉措兩類，一次舉措是經(jīng)過各樣技術(shù)手段降低焚燒過程中的NOx生成量；二次舉措是將已經(jīng)生成的NOx經(jīng)過技術(shù)手段從煙氣中脫除。三、燃煤鍋爐NOx生成要素爐溫對(duì)NOX生成的影響:爐溫主要影響熱力NOX的生成量從而影響總的NOX生成量。爐溫越高,所占比率越大。節(jié)余空氣系數(shù)對(duì)NOX生成的影響：節(jié)余空氣系數(shù)對(duì)燃料NOX、熱力NOX及快速NOX均有影響，但影響的趨向不一樣樣，當(dāng)α開始增添時(shí)，熱力NOX和燃料NOX都增添，當(dāng)超出1.1時(shí)熱力NOX減少，燃料NOX連續(xù)增添，總的NOX隨α的增添而增添。預(yù)熱空氣溫度對(duì)NOX生成的影響：假如提升預(yù)熱空氣溫度，則煤粉著火提早，這樣可提升爐內(nèi)溫度水平，使熱力NOX增添，同時(shí)燃燒初始區(qū)的溫度水平，使揮發(fā)分大批析出，因此揮發(fā)分NOX大批增添。因此預(yù)熱空氣溫度越高，NOX生成量越多。煤質(zhì)對(duì)NOX生成的影響：1）揮發(fā)分的影響：當(dāng)揮發(fā)分增添時(shí)，著火提早，溫度峰值和均勻溫度均會(huì)有所提升，熱力NOX增添；同時(shí)揮發(fā)分含量增添，使得燃料型NOX也會(huì)提升；2）水分的影響：水分增添，著火延緩，則燃料與空氣之間的混淆優(yōu)秀，即著火區(qū)氧濃度增添，燃猜中的氮在著火階段逗留時(shí)間增添，反應(yīng)充分，故燃料型NOX增添。其他，水分增添，發(fā)熱量降低，溫度水平降低，熱力型NOX降低，但總NOX的生成量增添。3）含氮量的影響：隨含氮量的增添，NOX增添。煤粉細(xì)度對(duì)NOX生成的影響：在不考慮低氮焚燒時(shí)，煤粉細(xì)度越細(xì)，則焚燒越快，溫度越高，熱力NOX越多；同時(shí)，煤粉加熱快，溫度峰值高，則析出的揮發(fā)分多。并且此時(shí)與空氣混淆程度高，燃料NOX多。負(fù)荷對(duì)NOX的影響：跟著負(fù)荷的降低，爐膛溫度降低，熱力型NOX生產(chǎn)量降低，但負(fù)荷降低，過分空氣系數(shù)增添，總的焚燒區(qū)過分空胸襟增添，燃料型NOX增添，因此，在負(fù)荷降低過程中，NOX含量先降低后高升。四、降低燃料型NOx排放的主要技術(shù)舉措低NOx焚燒技術(shù)：NOx的形成起決定作用的是焚燒地區(qū)的溫度和過分空氣系數(shù)，因此，經(jīng)過控制焚燒地區(qū)的溫度和空胸襟，已達(dá)到阻止NOx的生成及降低其排放的目的，我們稱該技術(shù)為低氮焚燒技術(shù)。對(duì)低氮焚燒技術(shù)的要求是，在降低NOx的同時(shí)，使鍋爐焚燒堅(jiān)固，且飛灰含碳量不可以超標(biāo)。為了控制焚燒過程中NOx的生成量所采納的舉措原則為：(1)降低過分空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下焚燒；(2)降低焚燒溫度，防備產(chǎn)生局部高溫區(qū)；(3)縮短煙氣在高溫區(qū)的逗留時(shí)間等。低NOx焚燒技術(shù)主要包含：低過分空氣系數(shù)、空氣分級(jí)焚燒、燃料分級(jí)焚燒、煙氣再循環(huán)、低NOx焚燒器。1、低過分空氣焚燒使焚燒過程盡可能在湊近理論空胸襟的條件下進(jìn)行,跟著煙氣中過分氧的減少,可以控制NOX的生成。這是一種最簡單的降低NOX排放的方法。一般可降低NOX排放15~20%。但如爐內(nèi)氧濃度過低(3%以下),會(huì)增添化學(xué)不完滿焚燒熱損失,引跳躍灰含碳量增添,使鍋爐焚燒效率降落。因此,在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),應(yīng)采納最合理的過分空氣系數(shù)。2、空氣分級(jí)焚燒基根源理是將燃料的焚燒過程分階段達(dá)成,采納倒三角的配風(fēng)方式。在第一階段預(yù)燃階段,將從主焚燒器供入爐膛的空胸襟減少(相當(dāng)于理論空胸襟的80%),使燃料先在缺氧的富燃料焚燒條件下焚燒。此時(shí)第一級(jí)焚燒區(qū)內(nèi)過分空氣系數(shù)α<1,因此降低了焚燒區(qū)內(nèi)的焚燒速度和溫度水平。因此,不單延緩了焚燒過程,并且在復(fù)原性氛圍中降低了生成NOX的反應(yīng)率,控制了NOX在這一焚燒中的生成量。第二階段燃燼階段,為了達(dá)成所有焚燒過程,完滿焚燒所需的其他空氣則經(jīng)過部署在主焚燒器上方的專門二次風(fēng)噴口送入爐膛,與第一級(jí)焚燒區(qū)在“貧氧焚燒”條件下所產(chǎn)生的煙氣混淆,在α>1的條件下達(dá)成所有燃燒過程。這一方法填補(bǔ)了簡單的低過分空氣焚燒的弊端。在第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的過分空氣系數(shù)越小,控制NOX的生收見效越好,但不完滿燃燒產(chǎn)物越多,以致焚燒效率降低、惹起結(jié)渣和腐化的可能性越大。因此,為保證既能減少NOX的排放,又保證鍋爐焚燒的經(jīng)濟(jì)性和靠譜性,必然正確組織空氣分級(jí)焚燒過程。3、燃料分級(jí)焚燒在焚燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完滿焚燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí),會(huì)發(fā)生NO的復(fù)原反應(yīng),從頭復(fù)原為N2。利用這一原理,將主要燃料送入第一級(jí)焚燒區(qū),在α>1條件下,焚燒并生成NOX。送入一級(jí)焚燒區(qū)的燃料稱為一次燃料,其他15~20%的燃料則在主焚燒器的上部送入二級(jí)焚燒區(qū),在α<1的條件下形成很強(qiáng)的復(fù)原性氛圍,使得在一級(jí)焚燒區(qū)中生成的NOX在二級(jí)焚燒區(qū)(再燃區(qū))內(nèi)被復(fù)原成氮分子,送入二級(jí)焚燒區(qū)的燃料又稱為二次燃料,或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不只使得已生成的NOX獲得復(fù)原,還控制了新的NOX的生成,可使NOX的排放濃度進(jìn)一步降低。在采納燃料分級(jí)焚燒時(shí),為了有效地降低NOX排放,再燃區(qū)是重點(diǎn)。因此,需要研究在再燃區(qū)中影響NOx濃度值的要素。4、煙氣再循環(huán)當(dāng)前使用好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?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi),或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混淆后送入爐內(nèi),這樣不單可降低焚燒溫度,并且也降低了氧氣濃度,從而降低了NOX的排放濃度?？墒?在現(xiàn)有設(shè)施沒再循環(huán)就得進(jìn)行設(shè)施改造,仍是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性比較后才能實(shí)行。四、我廠焚燒器部署我廠焚燒方式采納四角切圓焚燒。一、二次風(fēng)噴口均可上下?lián)u動(dòng)，搖動(dòng)角度能達(dá)到設(shè)計(jì)值，最大擺角為30o。噴口的搖動(dòng)由能反應(yīng)電信號(hào)的（4～20mA）的進(jìn)口氣動(dòng)智能型履行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，履行機(jī)構(gòu)有足夠的扭矩，能使焚燒器搖動(dòng)靈巧，四角同步，每個(gè)履行機(jī)構(gòu)要求有一個(gè)4~20mA地點(diǎn)反應(yīng)并送至DCS，焚燒器上設(shè)有搖動(dòng)角度指示標(biāo)記。主風(fēng)箱設(shè)有五層增強(qiáng)著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴周圍部署有燃料風(fēng)（周界風(fēng)）。在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間部署有一層協(xié)助風(fēng)噴嘴，在主風(fēng)箱上部設(shè)有三層緊湊燃燼風(fēng)噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有一層二次風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部部署有高位燃燼風(fēng)焚燒器，包含三層可水平擺動(dòng)的分別燃盡風(fēng)（高位燃燼風(fēng)）噴嘴。SOFA風(fēng)噴嘴可上下和左右水既可自動(dòng)上下擺動(dòng)30°的，又可手動(dòng)左右搖動(dòng)15°平搖動(dòng)，來控制爐膛出口煙溫誤差。一次風(fēng)噴口應(yīng)采納防備燒壞或磨損的新式合金資料制造，當(dāng)焚燒器檢修時(shí)，可以從外面進(jìn)行拆裝。焚燒器的設(shè)計(jì)和部署應(yīng)保證NOx排放濃度不超出250mg/Nm3(干基O2=6%)。每臺(tái)磨煤機(jī)出口由四根煤粉管道接至同一層四角部署的煤粉焚燒器，煤粉管道直徑Φ530×10mm。在進(jìn)口彎頭和焚燒器之間部署有手動(dòng)煤閘門，在檢修時(shí)可以起到間隔的作用。一次風(fēng)煤粉焚燒器采納水平濃淡形式并設(shè)置偏置周界風(fēng)，形成濃淡兩股氣流噴入爐膛，濃相煤粉在向火側(cè)第一著火，此后點(diǎn)燃位于背火側(cè)的淡相使焚燒堅(jiān)固連續(xù)。在煤粉噴嘴內(nèi)裝設(shè)波形鈍體構(gòu)造，一次風(fēng)粉混淆物射流經(jīng)過鈍體時(shí)，下游產(chǎn)生一個(gè)堅(jiān)固的回流區(qū)，使著火點(diǎn)堅(jiān)固；鈍體前端阻截塊，有益于堅(jiān)固回流區(qū)；波形構(gòu)造可增添一次風(fēng)與爐內(nèi)熱煙氣接觸面積。淡相煤粉配以偏置周界風(fēng)提升了水冷壁周邊的氧量，增添其氧化性氛圍，更好地防備結(jié)焦、防備高溫腐化。五、焚燒調(diào)整舉措各班組要注意督查脫硝DCS畫面各參數(shù)能否正常，保證脫硝進(jìn)口煙氣NOx濃度在300mg/Nm3以下，脫硝出口煙氣NOx濃度在100mg/Nm3以下，如NOx濃度超標(biāo)，應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整。鍋爐焚燒氧量必然知足設(shè)計(jì)要求，依據(jù)機(jī)組負(fù)荷（當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于180MW時(shí)）實(shí)時(shí)開啟燃盡風(fēng)擋板，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必然保證燃盡風(fēng)擋板開度大于70%，氧量高時(shí)經(jīng)過降低各層焚燒器二次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)焚燒區(qū)高溫低氧、燃燼區(qū)低溫高氧的焚燒方式。保持水冷壁受熱面潔凈，在機(jī)組負(fù)荷大于240MW時(shí)，必然投爐吹進(jìn)行水冷壁吹灰，防備水冷壁結(jié)焦造成爐膛溫度高升。因?yàn)槊悍奂?xì)度較細(xì)時(shí)爐內(nèi)的火焰峰值溫度較高，焚燒強(qiáng)度較大，可使NOx排放有必然增添，在不影響飛灰含碳量的前提下，適合的調(diào)整煤粉細(xì)度。因?yàn)榻档蜔岫物L(fēng)溫度可以降低爐內(nèi)溫度水平，從而達(dá)到降低NOx排放量，在冬天適合控制暖風(fēng)器出口風(fēng)溫，但必然保證排煙溫度知足要求。適合降低一次風(fēng)量也可以惹起Nox排放量的降低。因?yàn)樨?fù)荷對(duì)NOx影響是很大的，在低負(fù)荷時(shí)期因?yàn)檠趿科?，以致NOx含量增大，要求在低負(fù)荷時(shí)增強(qiáng)焚燒的調(diào)整，保證低負(fù)荷氧量不超出當(dāng)時(shí)負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的設(shè)定值，以減少NOx排放量。在知足磨煤機(jī)干燥、通風(fēng)、磨煤專心的前提下，盡量降低一次風(fēng)率（保證磨煤機(jī)出口風(fēng)速不低于25m/s），適合提升二次風(fēng)率，以實(shí)現(xiàn)焚燒器分級(jí)焚燒的目的。采納調(diào)理二次風(fēng)分風(fēng)門的方法