淺談1000MW鍋爐燃燒結(jié)構(gòu)對NOx生成的影響

摘 要：隨著社會各界對環(huán)境關(guān)注程度的日益加深，環(huán)保事件的影響和考核力度也隨之加重，火力發(fā)電廠的廢氣、廢水、廢物排放標準也逐年下降，2016年更是提出超低排放的要求，NOx對環(huán)境的損害極大，它既是酸雨形成的主要物質(zhì)之一，也是形成大氣中光化學煙霧的重要物質(zhì)，還會消耗O3對臭氧層造成破壞，因此降低NOx的排放量勢在必行，文章就1000MW鍋爐運行中燃燒結(jié)構(gòu)對NOx生成的影響及控制策略進行分析，希望對各大型火力發(fā)電廠在控制NOx排放方面有所幫助。

關(guān)鍵詞：燃燒機構(gòu)；NOx；燃燒；機理

1 NOx生產(chǎn)機理

熱力型NOx，燃燒時，空氣中的氮在高溫環(huán)境下氧化產(chǎn)生，其過程是一個不分支連鎖反應，隨著反應溫度升高，其反應速率呈指數(shù)規(guī)律上升。但是當溫度T<1500℃時，NO生成量很少。

快速型NOx，碳氫化合物燃料濃度過濃時，在反應區(qū)域附近會快速生成NOx，其形成時間只需60ms，NOx的生成量與爐膛壓力的0.5次方成正比，與溫度關(guān)系不大。

燃料型NOx，燃料中的氮化合物在燃燒過程中熱力分解然后進一步氧化生成NOx，由于煤的燃燒過程由揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒兩個部分組成，故燃料型NOx也由氣象氮的氧化和焦炭中氮氧化組成。燃料型NOx，燃料中的氮化合物在燃燒過程中熱力分解然后進一步氧化生成NOx，由于煤的燃燒過程由揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒兩個部分組成，故燃料型NOx也由氣象氮的氧化和焦炭中氮氧化組成。可由以下反應過程式表述：

在富燃料區(qū)域內(nèi)，由于缺乏氧原子，NH與含有氧氫原子團的RH反應生成NH2，NH2也可以把NOx還原成N2，其過程為：NH

NH2或NH3 料型NOx的生成量取決于N是被氧化成NOx或還原成N2，由于燃料中的N在低于火焰溫度就已經(jīng)熱分解，氧化生成NOx，因此其過程與燃燒器區(qū)域溫度關(guān)系不大，主要取決于燃燒環(huán)境是氧化氣氛還是還原性氣氛。是由以上機理可知，燃料型NOx是火力發(fā)電廠NOx生成的最主要部分。

2 NOx生成特點

由NOx生成機理可知，對常規(guī)燃煤鍋爐而言，NOx主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。其生成量主要與以下因素有關(guān)：（1）煤的燃燒方式、燃燒工況，其生成量依賴于燃燒溫度水平，采用缺氧燃燒可抑制NOx的生成。（2）煤種特性，如煤的含氮量、揮發(fā)份含量等，燃煤中N含量越高，中間產(chǎn)物越多則隨之生成的NOx也越多；（3）爐膛內(nèi)反應區(qū)煙氣的氣氛，即煙氣內(nèi)氧氣、氮氣的含量；（4）燃料及燃燒產(chǎn)物在高溫火焰區(qū)和爐膛內(nèi)的停留時間，燃煤釋放出的N在富氧區(qū)域停留的時間越長則生成的NOx越多；在還原性區(qū)域停留的時間越長則生成的NOx越少。

3 爐膛燃燒結(jié)構(gòu)對NOx生成的影響

某廠1000MW鍋爐，鍋爐燃燒方式為無分隔墻的八角反向雙火焰切圓燃燒，每臺鍋爐共設(shè)有48只直流燃燒器。燃燒器共分6層，從下到上依次為ABCDEF磨煤機，每層設(shè)8只燃燒器，每層燃燒器由同一臺磨煤機供給煤粉，采用PM型主燃燒器、上部燃燼風（OFA）及AA分級風的MACT燃燒系統(tǒng)。省煤器與空預器之間安裝SCR脫硝裝置，降低煙氣中NOx含量，最終使得吸收塔出口煙氣中折氧后NOx達到排放標準（小于100mg/Nm3）。

3.1 磨煤機運行方式

由于F磨煤機處于燃燒器的最上層，當F磨煤機運行時，高溫燃燒區(qū)域拉伸，煤粉在爐膛內(nèi)停留時間相對增長，二次風分級配風效果差，綜合效果使得煙氣中NOx生成量大幅度增加，為此運行中盡量保持F磨煤機備用，若要運行F磨煤機，需提前設(shè)低SCR出口NOx設(shè)定值、適當減少風量、開大最上層二次風門，以防止NOx排放量超標。由圖1可看出，相同負荷下，F(xiàn)磨煤機運行時，SCR入口NOx生成量明顯增加。

3.2 二次風配風結(jié)構(gòu)

當燃燒器下部區(qū)域的二次風門開大，上層二次風門關(guān)小，在總風量一定的情況下，主燃燒器區(qū)域的氧量增加，由燃料型NOx生成機理可知，必然會使煙氣中NOx生成量增加，運行中可采用縮腰式或倒寶塔式配風，在滿足二次風壓的情況下，盡量開大上層二次風門，以減少NOx生成。

3.3 氧量

氧量對爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的影響非常大，不同氧量控制值使爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物也不相同，鍋爐燃燒調(diào)整通過進入爐膛總風量來控制省煤器出口氧量。若氧量過剩，爐內(nèi)形成氧化性氣氛，由燃燒型NOx生成機理可知，必將抑制NOx還原成N2的反應。所以，煤量一定時，若果采用富氧燃燒，總風量過大，必然造成NOx生成量增加，而且折氧后NOx含量更大。保證煤粉完全燃燒后，盡量降低氧量設(shè)定值，抑制NOx的生成，同時也防止折氧后NOx超標。實際運行中，氧量控制可以參照表2的范圍調(diào)整。

4 結(jié)束語

鍋爐燃燒調(diào)整，應堅決杜絕環(huán)保事件的發(fā)生，正常運行中要時刻關(guān)注環(huán)保參數(shù)的變化，如NOx、SO2和煙塵。事故處理中也要注意對環(huán)保參數(shù)的控制，避免環(huán)保參數(shù)超限。鍋爐燃燒調(diào)整，應盡量減少SCR入口NOx含量，確保NOx排放量符合國家標準，避免吸收塔出口環(huán)保參數(shù)超限。由以上分析可知，盡量避免最上層磨煤機運行，可有效降低SCR入口NOx的生成。爐膛采用縮腰式或倒寶塔式配風，在燃燒完全的情況下，適當減少鍋爐總風量，氧量調(diào)整走低限，可以在一定程度上減少NOx生成。

參考文獻

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[2]劉峰，走心寧.大型煤粉鍋爐NOx生成機理及其控制方法[Z].

[3]陳強，仇性啟.燃燒過程NOx控制技術(shù)[Z].

作者簡介：徐仁林（1988，11-），男，漢族，四川省遂寧市，本科，助理工程師，研究方向：燃燒結(jié)構(gòu)對NOx的影響。