淺析含氧量對(duì)鍋爐煙氣氮氧化物折算值的影響

禤四德

【摘 要】氮氧化物是燃煤鍋爐的主要排放污染物之一，為了達(dá)標(biāo)排放，必須對(duì)氮氧化物進(jìn)行無(wú)公害處理。脫硝是處理燃煤鍋爐煙氣達(dá)標(biāo)排放的重要措施之一。鍋爐煙氣的含氧量對(duì)氮氧化物及氮氧化物折算值都有影響，為了分析含氧量對(duì)氮氧化物折算值的影響，抽取了某75 t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的煙氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，得出有效控制氮氧化物折算值的措施，保證燃煤鍋爐煙氣得到有效的治理，從而達(dá)標(biāo)排放。

【關(guān)鍵詞】含氧量；氮氧化物（NOx）；氮氧化物折算值

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM621.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）08-0075-03

燃煤鍋爐運(yùn)行中，NOx是主要大氣污染物之一。氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），這二者統(tǒng)稱(chēng)為NOx。此外，還有少量的氧化二氮（N2O）產(chǎn)生。排入大氣的NOx會(huì)引起酸雨和光化學(xué)煙霧污染，破壞臭氧層，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，危害到人類(lèi)的健康。為達(dá)到國(guó)家最新頒布實(shí)施的（《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）的大氣污染物排放限值標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)NOx進(jìn)行無(wú)公害處理后合格排放。煙氣排放中氮氧化物和氮氧化物折算值是其中2項(xiàng)重要的指標(biāo)，下面分析一下含氧量對(duì)氮氧化物折算值的影響。

1 氮氧化物的生成

燃煤鍋爐在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx，可采用SCR（選擇性催化還原）和SNCR（選擇性非催化還原）2種技術(shù)進(jìn)行處理。目前，大多數(shù)廠家采用SNCR（選擇性非催化還原）技術(shù)進(jìn)行無(wú)公害處理。選擇性非催化還原是指無(wú)催化劑的作用下，在適合脫硝反應(yīng)的工況位置，噴入還原劑與煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，還原為無(wú)害的氮?dú)夂退２捎肗H3作為還原劑，在溫度為850～1 050 ℃的范圍內(nèi)，還原NOx的化學(xué)反應(yīng)方程式主要為4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O；4NH3+2NO+2O2=3N2+6H2O；8NH3+6NO2=7N2+12H2O。

煙氣中NOx的生成反應(yīng)過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的，煤在燃燒過(guò)程中生成NOx的途徑有3種：①熱力型，這是空氣中氮?dú)庠诟邷叵卵趸傻倪^(guò)程。②燃料型，這是燃料中含有的氮化合物在燃燒過(guò)程中熱分解后繼續(xù)氧化的過(guò)程。③快速型，這是燃燒時(shí)空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)（如CH等）反應(yīng)生成的過(guò)程。根據(jù)氮氧化物的燃燒化學(xué)反應(yīng)，降低爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)，可以降低氮氧化物的生成；缺點(diǎn)為鍋爐燃燒需要足夠的氧量，在爐膛出口氧量為5%～6%，較低的空氣系數(shù)會(huì)造成燃燒化學(xué)反應(yīng)不充分，也會(huì)降低鍋爐熱利用效率；易于還原性氣體的生成，鍋爐管束、管壁等受熱面容易結(jié)焦，降低換熱效率；降低受熱面使用壽命；同時(shí)造成燃燒不穩(wěn)定，燃燒時(shí)間延長(zhǎng)，排煙溫度升高，嚴(yán)重的會(huì)造成鍋爐滅火。

2 氮氧化物折算值的計(jì)算

煙氣中NOx的生成反應(yīng)離不開(kāi)氧氣的參與，氧氣的含量影響NOx的生成，這可以從煙氣監(jiān)測(cè)的實(shí)測(cè)值中直接反映出來(lái)，間接影響NOx的折算值。氧氣的含量高，生成的NOx就會(huì)增加，則實(shí)測(cè)值增加，折算值增加；氧氣的含量低，生成的NOx就會(huì)減少，則實(shí)測(cè)值減小，折算值降低。

含氧量對(duì)氮氧化物折算值的另一個(gè)影響是直接的。這個(gè)可以從氮氧化物折算值的計(jì)算公式中分析了解得到。計(jì)算公式如下：

氮氧化物折算值=[21/（21-X）]/1.4×氮氧化物實(shí)測(cè)值

上式中的X為實(shí)測(cè)的煙氧含氧量。

經(jīng)過(guò)換算得出：

氮氧化物折算值=■

3 含氧量對(duì)折算值的影響分析

假定氮氧化物實(shí)測(cè)值不變，從換算后的公式中分析可得到煙氣含氧量增大，分母變小，折算值增大；煙氣含氧量降低，分母變大，折算值降低。

某75 t/h循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)3組煙氣數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。

對(duì)第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值為71 mg/m3不變，若煙氣含氧量每增加0.1%，即含氧量分別為11.25%、11.35%、11.45%、11.55%、11.65%、11.75%、11.85%；那么，氮氧化物折算值分別為109.23 mg/m3、110.36 mg/m3、111.52 mg/m3、112.70 mg/m3、113.90 mg/m3、115.14 mg/m3、116.39 mg/m3。比假定折算分別增加1.11、2.24、3.40、4.58、5.78、7.01、8.27。相鄰折算值差分別為11.1、1.13、1.16、1.18、1.21、1.23、1.26。

對(duì)第二組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值為84.01 mg/m3不變，若煙氣含氧量每增加0.1%，即含氧量分別為12.98%、13.08%、13.18%、13.28%、13.38%、13.48%、13.58%，那么氮氧化物折算值分別為157.13、159.11、161.14、163.23、165.37、167.57、169.83。比假定折算分別增加1.94、3.92、5.95、8.04、10.18、12.38、14.64。相鄰折算值差分別為1.94、1.98、2.03、2.09、2.14、2.20、2.26。

對(duì)第三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值為118 mg/m3不變，若煙氣含氧量每增加0.1%，即含氧量分別為11.94%、12.04%、12.14%、12.24%、12.34%、12.44%、12.54%，那么氮氧化物折算值分別為195.36 mg/m3、197.54 mg/m3、199.77 mg/m3、202.05 mg/m3、204.39 mg/m3、206.78 mg/m3、209.22 mg/m3。比假定折算分別增加2.13、4.31、6.54、8.82、11.16、13.54、15.99。相鄰折算值差分別為2.13、2.18、2.23、2.28、2.33、2.39、2.44。

對(duì)第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值為71 mg/m3不變，若煙氣含氧量每減少0.1%，即含氧量分別為11.05%、10.95%、10.85%、10.75%、10.65%、10.55%、10.45%，那么氮氧化物折算值分別是107.04 mg/m3、105.97 mg/m3、104.93 mg/m3、103.90 mg/m3、102.90 mg/m3、101.91 mg/m3、100.95 mg/m3。比假定折算分別降低1.09、2.16、3.2、4.22、5.22、6.21、7.17。相鄰折算值差分別為1.09、1.07、1.04、1.02、1.00、0.98、0.97。

對(duì)第二組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值為84.01 mg/m3不變，若煙氣含氧量每減少0.1%，即含氧量分別為12.78%、12.68%、12.58%、12.48%、12.38%、12.28%、12.18%，那么氮氧化物折算值分別是153.30 mg/m3、151.46 mg/m3、149.66 mg/m3、147.90 mg/m3、146.19 mg/m3、144.51 mg/m3、142.87 mg/m3。比假定折算分別降低1.89、3.73、5.53、7.29、9.00、10.68、12.32。相鄰折算值差分別為1.89、1.84、1.80、1.76、1.71、1.68、1.64。

對(duì)第三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值為118 mg/m3不變，若煙氣含氧量每減少0.1%，即含氧量分別為11.74%、11.64%、11.54%、11.44%、11.34%、11.24%、11.14%，那么氮氧化物折算值分別是191.14 mg/m3、189.10 mg/m3、187.10 mg/m3、185.15 mg/m3、183.23 mg/m3、181.35 mg/m3、179.51 mg/m3。比假定折算分別降低2.09、4.13、6.13、8.08、10.00、11.88、13.72。相鄰折算值差分別為2.09、2.04、2.00、1.96、1.92、1.88、1.84。

從以上數(shù)據(jù)中可以得出，假定氮氧化物實(shí)測(cè)值不變的前提下，在一定范圍內(nèi)，含氧量升高，折算值升高，且升高的幅度漸漸增大。相同的含氧量增幅，實(shí)測(cè)值大的，折算值增幅大；實(shí)測(cè)值小的，折算值增幅小。假定氮氧化物實(shí)測(cè)值不變的前提下，在一定范圍內(nèi)，含氧量降低，折算值降低，且降低的幅度逐漸縮小。相同的含氧量降幅，實(shí)測(cè)值大的，折算值降幅大；實(shí)測(cè)值小的，折算值降幅小。

以上某75 t/h循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)檢測(cè)3組煙氣數(shù)據(jù)理論計(jì)算得到相關(guān)的變量關(guān)系如圖1所示。

4 結(jié)論

鍋爐運(yùn)行中煙氣的含氧量有一定的控制范圍，鍋爐的設(shè)計(jì)不同，測(cè)點(diǎn)不同運(yùn)行值也不同，一般情況下，鍋爐運(yùn)行時(shí)的煙氣含氧量應(yīng)控制在3%～9%。含氧量過(guò)低不利于燃料的燃燒；含氧量過(guò)高會(huì)造成鍋爐熱損失，降低熱效率。含氧量的控制是復(fù)雜的，受到諸多因素的影響，如鍋爐結(jié)構(gòu)、燃料特性、設(shè)備性能、運(yùn)行工況、風(fēng)量配比、操作水平等。含氧量直接影響氮氧化物的產(chǎn)生，間接影響到氮氧化物折算值的變化。無(wú)論是直接的還是間接的影響，含氧量對(duì)氮氧化物的影響都是呈一種正比關(guān)系，在一定的控制范圍內(nèi)，氮氧化物隨含氧量的升高而升高，隨含氧量的降低而降低。當(dāng)?shù)趸镎鬯阒党瑯?biāo)時(shí)，可加大化原劑的噴射量直接降低實(shí)測(cè)值，使折算值下降，從而達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)當(dāng)實(shí)測(cè)值沒(méi)有超標(biāo)時(shí)，在可控的范圍內(nèi)降低含氧量，使折算值下降，從而達(dá)標(biāo)排放。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳碧君.燃燒過(guò)程中氮氧化物的生成機(jī)理[J].電力環(huán)境保護(hù)，2003（4）.

[2]董偉鶴.火電鍋爐風(fēng)機(jī)節(jié)能及氮氧化物減排研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

[3]馮兆興.高揮發(fā)分煤種電站鍋爐高效低NOx排放系統(tǒng)研究[D].河北：華北電力大學(xué)，2007.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]