王国羽

摘 要：本文分析了氮氧化合物产生的条件，以及产生的机理，结合云浮发电厂在氮氧化合物排放的控制方法和调整措施，对燃煤锅炉在降低氮氧化合物排放的有效办法进行总结。

关键词：氮氧化物；排放量；应对措施

中图分类号：TM61 文献标识码：A

0.前言

随着我国经济的发展，我国对常规能源，特别是煤炭的消耗日益增长。煤炭在燃烧过程中释放出的二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等污染物带来严重的环境问题，并且给生态系统造成了重大破坏。因此我们除了对烟气作脱硫处理外，我们还要对烟气作进一步的脱硝处理。

1. NOx形成机理

煤炭在燃烧过程中生成的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，其中以一氧化氮为主，一氧化氮约占86%以上，二氧化氮占10%以上。燃烧过程中NOx来自燃料中的氮化合物和空气中的氮气的氧化过程，按其生成的机理NOx可分为热力型NOx和燃料型NOx两大类。

1.1 热力型NOx

它是空气中的氮气在高温下（1000℃～1400℃以上）氧化而生成的NOx，热力型NOx的主要影响因素是温度和氧浓度。随炉膛燃烧温度和过剩空气系数的增加，热力型NOx的浓度也增加。

1.2 燃料型NOx

燃料型NOx是指燃料中的氮在燃烧过程中经过一系列的氧化—还原反应而生成的NOx，它是煤燃烧过程NOx的生成的主要来源。它既受到炉膛温度、过量空气系数以及燃煤的品质的影响，同时也受了燃料与空气混合比例的影响。

2.影响燃煤锅炉烟气NOx排放浓度的因素

2.1 影响因素之一：燃煤中含氮量的差异

不同种类的燃煤，氮元素的所占的比例也差距很大，约为0.6%～2.6%。燃煤中氮含量越大，燃燒过程所形成的氮氧化合物就越多。反之越少。燃煤在燃烧化学反应过程中，氮的转化效率可达28%～43%，而从电站锅炉的测试的数据中可以了解到，氮的转化率为20%～25%。

2.2 影响因素之二：锅炉燃烧中心温度

总的来说，燃烧条件一致的情况下（煤种，煤粉细度、含氮量相同），炉膛燃烧区域的温度越高，氮的转化率就越高，生成量的氮氧化合物就越多。

2.3 影响因素之三：锅炉燃烧过剩空气量α

从氮氧化合物形成过程可以知道，燃烧过程中过剩空气量越大，氮氧化合物生成量就越多，反之，就越少。所以，要严格控制燃烧过程中的过剩空气量。

2.4 影响因素之四：煤粉细度

煤粉较细，燃烧就越容易、越充分，燃烧反应所需要的空气量就越少，这样产生的氮氧化合物就越少；而煤粉较粗，煤粉没完全燃烧殆尽就进入了烟道，造成飞灰含碳量增大，从而机械不完全损失增大。为降低飞灰含碳量要大量补入助燃风，使得氮氧化合物生成量增加。所以，控制煤粉细度在较细范围为宜。

3.云浮发电厂在控制NOx方面的应对措施

3.1 发挥低氮燃烧器作用

近年来，随着国内外燃煤机组低氮燃烧器越来越普遍的使用，此技术已经变得日趋成熟，降低氮氧化物效果也相当明显，对比没有进行低氮燃烧器改造的机组，氮氧化合物可以减少一半以上。低氮燃烧器的作用就是将燃烧空气分级送入炉膛，降低了燃烧中心区域的氧量浓度，从而降低了火焰的温度。根据相关的研究机构统计，采用低氮燃烧器的锅炉，其氮氧化合物排放浓度可降至400mg/m3左右。云浮发电厂#3、4锅炉自2012年对锅炉燃烧器进行了低氮燃烧改造，更换了低氮燃烧器。它采用同心同切，浓淡燃烧的方式，从而提高燃烧效率，又在各个燃烧器组的顶部增加了两层OFA喷口，从而降低氮氧化合物生成量。现在基本处在NOx控制的较先进水平。

3.2 选用低氮含量的煤种

如云浮发电厂#3/4锅炉设计煤种——内蒙古烟煤，含氮量为0.96%。而实际使用的山西烟煤为0.8%左右，是完全符合设计要求的。另外云浮发电厂在生产过程中加强对所有新增煤种进行元素分析，把好入厂煤的质量关，保证了所使用的燃煤的含氮量符合设计要求，为燃烧调整提供原始的真实的数据。

3.3 合理的燃烧调整

3.3.1 控制炉膛较低氧量。由于高温条件下炉膛内过剩空气量越小，NOx生成越少，所以云浮发电厂组织专业技术人员研究制定合理的炉膛氧量控制范围，以不影响燃烧又利于减少NOx生成为目的选择较低氧量值，通过折算成运行人员可监盘的氧量表参数控制，达到能控制炉膛内的空气量。云浮发电厂针对#3、4锅炉在不同负荷下制定的氧量控制措施见表1。

3.3.2 降低燃烧区域的温度。通过降低一次风温度，可一定程度上降低燃烧中心的温度，从而降低氮氧化合物的生成量。云浮发电厂经过技术改造，在锅炉A/B侧一次风各加装一条调温冷却管道。新装管道从A、B侧送风机出口扩散段上部接入，分别接至两侧标高25.47m的一次风热风管，相应部位安装一次风温度调节阀门以便于运行中根据需要对一次风温进行调节，具体如图1所示。通过对一次风温度的调节，使得锅炉空气预热器出口与冷风管混合后的风温降到210℃以下，一次风风粉混合后的温度降到160℃以下，从而有效地降低火焰区的温度峰值。另外，通过加强炉膛吹灰，提高炉内的辐射传热效果，使得炉膛出口温度即使在满负荷135MW时候，也控制在850℃以下，从而减少热力型NOx生成量。

3.3.3 提高煤粉细度。通过调整磨煤机运行参数，适当关小粗粉分离器的折向挡板（由原来的45%的折向开度调整为35%），可以提高煤粉的细度；合理调整好磨煤机的通风量以及热风温度，可以煤粉更细，使煤粉燃烧得更充分，降低飞灰可燃物，这样产生的氮氧化合物就较少。

3.3.4 合理的配风调整，提高入炉的燃烧区域的燃料浓度。炉膛配风采用“倒三角”，锅炉的给煤量呈“正三角”布置。先让燃料进行缺氧燃烧，即关小中下层二次风分风门的开度，使空气量接近理论空气量的情况下燃烧。此时燃烧区内过量空气系数α<1，因而降低了燃烧速度和燃烧中心的温度，从而降低了氮氧化合物的转化率。另外为了完成全部燃烧过程，需要将完全燃烧所需的其他空气由顶层燃尽风OFA1、OFA2喷口送入炉膛。在保证锅炉参数正常的情况下，适当开大燃尽风挡板OFA的开度。在α>1的条件下完成全部燃烧过程。此方法在低负荷情况下收到的效果尤为明显。低负荷情况下，通过停运部分上层燃烧器，从而增加中下层燃烧器的煤粉浓度，使得燃烧区域处于缺氧燃烧的状态，可使得低负荷运行氮氧化合物容易超标的问题得到有效解决。

3.4 采用SCR（脱硝）装置

云浮发电厂选择了目前火电行业里应用相当广泛的SCR脱销工艺。即烟气在300℃～400℃范围内，利用V2O5、WO3作为催化剂，使烟气中的氮氧化合物与氨气相接触产生化学反应，将氮氧化合物还原成无害的氮气和水，使用该装置脱销效率达到80%以上。

结论

采用以上方法后云浮发电厂#3、4锅炉SCR反应器前的NOx排放量由约600mg/m?降至320mg/m?左右。而烟气经SCR（脱硝）装置进一步脱除之后烟筒NOx排放量降到50mg/m?左右，远远低于200mg/m?的国家标准。另外，云浮发电厂#3、4炉飞灰可燃物排放量未见明显提高。锅炉效率能保持在93.5%左右。

参考文献

[1]苏剑波，钟玉鸣.氮氧化物排放控制技术的研究进展[J].广东化工，2007（1）：56-58+62.

[2]李绍辉.氮氧化物排放控制的探讨[J].华北电力技术，2007（11）：1-4.

[3]杨冬，路春美，王永征，等.煤燃烧过程中氮氧化物的转化及控制[J].山西能源与节能，2013（12）：1-4.