燃燒調(diào)整對(duì)NOx排放和鍋爐效率影響的研究

程瑞濤

摘 要：我國(guó)作為以煤為主要能源的發(fā)展中國(guó)家，鍋爐燃燒用煤中產(chǎn)生的大量NOx排放物，不僅危害人體健康，還對(duì)空氣質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境造成了污染。本文基于燃煤鍋爐NOx的生成機(jī)理，采取對(duì)300 MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整的實(shí)驗(yàn)方法，將其對(duì)NOx排放濃度及鍋爐效率的影響做一觀測(cè)研究，通過鍋爐燃燒調(diào)整，達(dá)到提升鍋爐效率和降低NOx排放量的目的。

關(guān)鍵詞：燃燒調(diào)整；NOx；鍋爐效率

據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃煤火力發(fā)電在我國(guó)發(fā)電總量中占到80%以上，而我國(guó)的NOx排放有50%以上來自于電站燃煤鍋爐。NOx（氮氧化物）作為大氣污染物之一，一旦進(jìn)入大氣環(huán)境中，會(huì)引起酸雨、光化學(xué)煙霧等大氣污染，破壞大氣層中的臭氧層，影響人類身體健康。目前減少鍋爐燃煤NOx排放的主要技術(shù)為成本較高、脫硝效率的選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)，但最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的還是通過燃燒調(diào)整來降低NOx排放濃度，減少脫硝成本。

1 NOx排放物的生成機(jī)理

NOx排放的生成機(jī)理比較復(fù)雜。NOx生成量與鍋爐的結(jié)構(gòu)、容量、煤種、燃燒設(shè)備、爐內(nèi)溫度水平、氧量及運(yùn)行方式等因素有關(guān)。在燃煤燃燒過程中，NOx的生成機(jī)制可分為熱力型、燃料型、快速型3種類型，在燃料型及熱力型中NOx占主要成分，而在快速型中NOx生成量最少?？刂芅Ox生成的方法有多種，目前對(duì)于廣大電廠來說，最為經(jīng)濟(jì)有效的方法是通過調(diào)整燃燒過程中影響NOx的生成因素，實(shí)現(xiàn)減少NOx生成量，降低排放的目的。

2 鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)NOx排放濃度影響的試驗(yàn)

2.1 設(shè)備概況

本次實(shí)驗(yàn)采用某電廠300 MW機(jī)組1025 t/h鍋爐為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析調(diào)整鍋爐燃燒對(duì)NOx排放濃度和鍋爐效率的影響。鍋爐為DG1025/18.2-Ⅱ13型號(hào)的一次再熱自然循環(huán)汽包爐。燃煤來自滇東地區(qū)的煙煤，鍋爐采用的燃燒方式為四角切圓。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》（GB 10184-1988）的相關(guān)操作規(guī)定進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)期間，確保機(jī)組的功率保持在300MW，在鍋爐燃燒狀態(tài)穩(wěn)定后大約2h后，在鍋爐空頸器出口處對(duì)飛灰進(jìn)行取樣，并對(duì)溫度進(jìn)行持續(xù)2h的測(cè)量，同時(shí)在撈渣口取大渣樣，煤機(jī)出口處取原煤樣。鍋爐的效率使用平衡法進(jìn)行計(jì)算，NOx的濃度將換算為（O2）=6%水平下的濃度。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

由于影響NOx排放的因素主要為配風(fēng)方式、爐膛氧量及鍋爐負(fù)荷變化等，因此，實(shí)驗(yàn)將采用單一因素輪換法（改變某一工況參數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，其他的參數(shù)保持不變）。同樣，實(shí)驗(yàn)要在300 MW的條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)之時(shí)，鍋爐負(fù)荷、給水溫度及蒸汽參數(shù)要保持不變。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 配風(fēng)方式對(duì)NOx排放及鍋爐效率的影響

在保持爐膛氧量、鍋爐負(fù)荷不變的前提下，配風(fēng)方式沿著正搭——束腰——均等——倒搭工況的變化趨勢(shì)進(jìn)行。其中，NOx在正搭配風(fēng)方式下排量最高；在均等配風(fēng)式和束腰配風(fēng)方式下的NOx排量接近，這兩種配風(fēng)方式下的NOx生成量都低于正搭配風(fēng)方式；而倒搭配風(fēng)方式下的NOx排量最低，較正搭配配風(fēng)方式下的NOx排量少134～154mg/Nm3。因?yàn)樵诘勾钆滹L(fēng)形式下，下組燃燒器處于貧氧燃燒狀態(tài)，送風(fēng)量較小，燃燒速度和燃燒溫度降低，在α<1的富燃料燃燒條件下，生成了還原性的氣體，促使已生成的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，從而使NOx排量有效減少。同時(shí)，上層燃燒器由于燃燒溫度較高，送風(fēng)量大，殘留的氮會(huì)氧化成NOx，導(dǎo)致NOx增加，但鑒于生成有限，所以在空氣分級(jí)條件下總的NOx生成量呈下降趨勢(shì)。倒搭型配風(fēng)可能會(huì)造成汽溫產(chǎn)生一定的變化，可以采取擺動(dòng)燃燒器擺角等方法來加以調(diào)節(jié)，由于鍋爐排煙熱損失和未完全燃燒損失基本沒變，因此鍋爐效率基本無變化。

3.2 氧量對(duì)NOx排放及鍋爐效率的影響

實(shí)驗(yàn)中同樣保持300MW負(fù)荷水平不變，限定其他兩種工況參數(shù)不變，保持上三次風(fēng)70%比例，燃盡風(fēng)噴口擋板保持60%開度，上、中、下三層燃燒器二次風(fēng)擋板開度分別保持在80%，80%和100%的開度，隨著氧量的增大，NOx排放濃度增加。當(dāng)氧量從3.2%增加至3.9%時(shí)，NOx排放量增加了1.86%；當(dāng)氧量再由3.9%增加至5.0%時(shí)，NOx排放量相對(duì)于工況1增加了19.92%。而在工況2中，氧量為3.2%～3.9%，NOx排放量為753～767mg/m3，鍋爐效率最高。

3.3 鍋爐負(fù)荷變化對(duì)NOx排放的影響

鍋爐負(fù)荷變化即氧濃度和爐膛溫度等因素的變化對(duì)NOx排放也有影響。大多數(shù)情況下，膛內(nèi)含氧量對(duì)NOx排放的影響大于爐膛溫度對(duì)NOx排放的影響。實(shí)驗(yàn)中，在含氧量變化不大的情況下，通過改變機(jī)組的負(fù)荷，從300MW下降到220MW，爐膛溫度同時(shí)也在下降，兩者都降低的情況下，NOx濃度也隨之降低。當(dāng)鍋爐負(fù)荷從300MW下降到280MW時(shí)，負(fù)荷下降26.7%，NOx濃度下降9%，這是因?yàn)殡S著鍋爐負(fù)荷的下降，內(nèi)部的熱負(fù)荷水平也跟著下降，鍋爐內(nèi)的燃燒溫度降低，熱力型的NOx排放量減少；同時(shí)因?yàn)樨?fù)荷轉(zhuǎn)變中的空氣變化不大，從而過量空氣系數(shù)變化不大，鍋爐內(nèi)的燃料型NOx生成增多。兩者結(jié)合使得在負(fù)荷水平變化不大的情況下，NOx濃度變化并不明顯。這也是鍋爐負(fù)荷由300MW下降為280MW時(shí)，NOx濃度稍微增高，但在負(fù)荷由300MW降到220MW最低水平時(shí)，NOx濃度就明顯下降的原因。

4 結(jié)論

根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)鍋爐功率為300MW進(jìn)，綜合來看，通過改變配風(fēng)方式、適當(dāng)降低鍋爐內(nèi)氧量、選擇適當(dāng)?shù)腻仩t負(fù)荷水平可以有效降低NOx排量，提高鍋爐效率。

參考文獻(xiàn)

[1]肖海平，張千，王磊，等.燃燒調(diào)整對(duì)NOx排放及鍋爐效率的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，（3）：4-7.

[2]陳紅，邱亞林，李明亮，等.300MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)NOx濃度的影響[J].云南電力技術(shù)，2011，（10）：8-11.

（作者單位：山西大唐國(guó)際臨汾熱電有限責(zé)任公司）