降低锅炉NO_x排放的试验研究

技 术 论 坛 降 低 锅 炉 NOx 排 放 的 试 验 研 究束 继 伟 1 ,刘 大 俊 1 ,王 少 青 1 ,肖 鹏 2 ,刘 大 勇 3(1.黑 龙 江 省 电 力 科 学 研 究 院 ,黑 龙 江 哈 尔 滨 150030 ;2.大 庆 石 油 管 理 局 电 力 总 公 司 调 度 中 心 ,黑 龙 江 大 庆 163000 ;3.富 拉 尔 基 发 电 总 厂 ,黑 龙 江 齐 齐 哈 尔 162000)摘 要 : 针 对 燃 煤 电 厂 锅 炉 NOx 排 放 带 来 大 气 污 染 等 问 题 ,结 合 NOx 的 生 成 机 理 进 行 工 业 性 试 验 ,采 用 分 级 送风 的 燃 烧 方 法 ,降 低 锅 炉 NOx 的 排 放 。 试 验 结 果 表 明 :采 用 分 级 燃 烧 调 整 技 术 在 现 阶 段 是 可 靠 、 经 济 的 ,对 锅 炉效 率 没 有 造 成 负 面 影 响 。关 键 词 : 燃 煤 锅 炉 ;分 级 燃 烧 ;燃 烧 调 整 ;NOx 排 放 ;试 验 研 究中 图 分 类 号 : T K227. 1 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1002 - 1663(2004) 04 - 0265 - 03Test and study of lowering NOx emission of boilerSU Jiwei1 ,L IU Dajun1 ,WAN G Saoqing1 ,XIAO Peng2 ,L IU Dayong3(1. Heilongjiang Electric Power Rcasearch Institute ,Harbin 150030 ,China ;2. Dispatching Centre of Electric PowerCompany Under Daqing Qil Admrnistration ,Daqing 163000 ,China ;3. Fulaerji Power Plant ,Qiqihar 162000 ,China)Abstract : The emission of NOx from boilers of coal - fired power plants constitutes a kind of pollution to at2mosphere. Industrial test is done to lower the NOx emission of boiler by means of feed - draft stage combus2tion. Experiment result shows that the adoption of feed - draft stage combustion technique is both reliableand economec at present ,it does not affect the efficiency of boiler.Key Words : Coal - fired boiler ;stage combustion ;combustion adjustment ;NOx emission ;test and study众 所 周 知 ,火 力 发 电 厂 是 大 气 污 染 物 (烟 尘 、SOx、 NOx 及 二 恶 英 类 物 质 ) 的 排 放 大 户 ,因 此 降低 火 力 发 电 厂 大 气 污 染 物 的 排 放 量 、 提 高 火 力 发电 厂 经 济 效 益 、 保 护 环 境 具 有 重 大 的 现 实 意 义 。目 前 ,黑 龙 江 省 各 发 电 企 业 对 降 低 NOx 排 放 采 取的 主 要 措 施 是 采 用 低 NOx 排 放 燃 烧 器 ,其 中 有 代表 性 的 是 各 种 类 型 浓 淡 燃 烧 器 。 在 这 一 定 程 度 上降 低 了 NOx 排 放 浓 度 ,但 该 种 方 法 也 存 在 一 些 不足 之 处 :a. 有 的 改 造 项 目 NOx 排 放 浓 度 降 低 效 果不 明 显 ;b. 燃 烧 器 在 运 行 过 程 中 磨 损 严 重 ;c. 工 程改 造 成 本 较 高 ,增 加 了 火 力 发 电 厂 运 行 成 本 ,同 时也 增 加 了 改 造 投 资 风 险 。在 降 低 锅 炉 NOx 排 放 这 一 问 题 ,德 国 某 火 力发 电 厂 某 台 100 MW 机 组 采 用 了 一 种 非 常 有 效的 方 法 来 降 低 NOx 排 放 ,即 通 过 改 变 二 次 风 配 风方 式 ,使 NOx 排 放 浓 度 由 940 mg/ m3 降 低 到 760mg/ m3 。 该 种 方 法 关 键 在 于 二 次 风 配 风 方 式 的 调整 ,即 在 不 改 变 原 有 设 备 的 前 提 下 ,通 过 调 整 燃 烧方 式 降 低 NOx 排 放 浓 度 。1 NOx 的 生 成 机 理煤 炭 在 燃 烧 过 程 中 产 生 的 NOx 主 要 包 括NO、 NO2 和 少 量 的 N2O。 燃 煤 电 厂 生 成 的 NOx中 NO 占 90 % ,NO2 占 5 % 10 % ,N2O 的 含 量 更低 。 因 此 ,NOx 的 生 成 与 排 放 量 主 要 取 决 于 NO。燃 烧 过 程 中 NOx 的 生 成 源 ,可 以 是 作 为 氧 化剂 NOx 空 气 中 的 氮 分 子 ,或 者 是 燃 料 中 的 氮 组分 。 因 此 ,在 理 论 上 NOx 有 三 种 不 同 的 生 成 机理 :a. 热 力 型 NOx 由 燃 烧 空 气 中 的 氮 氧 化 而 成 ;b. 燃 料 型 NOx 由 燃 料 中 的 化 学 氮 转 化 而 成 ;快 速收 稿 日 期 : 2004 - 01 - 13。作 者 简 介 : 束 继 伟 (1971 - ) ,男 ,2003 年 毕 业 于 哈 尔 滨 工 业 大 学 热 能 工 程 专 业 ,获 硕 士 学 位 ,工 程 师 。562第 26 卷 第 4 期 黑 龙 江 电 力 2004 年 8 月型 NOx 由 碳 氢 基 同 分 子 氮 发 生 反 应 ,以 及 随 后 原子 氮 又 与 氢 氧 基 相 互 作 用 而 形 成 的 ,在 一 般 的 燃烧 装 置 中 其 生 成 量 很 少 。1. 1 热 力 型 NOx 的 生 成 机 理热 力 型 NOx 是 由 空 气 中 氮 在 高 温 条 件 下 氧化 而 生 成 的 ,生 成 量 主 要 取 决 于 燃 烧 温 度 、 氧 化 浓度 和 反 应 时 间 。 温 度 峰 值 的 降 低 是 减 少 热 力 型NOx 的 有 效 措 施 之 一 。1. 2 燃 料 型 NOx 的 生 成 机 理燃 料 型 NOx 是 燃 料 中 氮 的 化 合 物 在 燃 烧 过程 中 进 行 热 分 解 且 氧 化 而 生 成 的 。 对 于 火 力 发 电厂 动 力 用 煤 ,燃 料 氮 与 氮 氧 化 物 之 间 的 转 化 过 程分 为 3 个 阶 段 :首 先 是 有 机 氮 化 合 物 随 挥 发 分 析出 ,其 次 是 挥 发 分 中 氮 化 合 物 燃 烧 ,最 后 是 焦 炭 中有 机 氮 燃 烧 。 燃 料 型 NOx 与 火 焰 中 心 氧 气 浓 度密 切 相 关 ,因 此 ,减 少 火 焰 中 心 区 域 氧 气 浓 度 是 降低 燃 料 型 NOx 的 有 效 措 施 之 一 。1. 3 快 速 型 NOx 的 生 成 机 理快 速 型 NOx 是 由 空 气 中 氮 与 燃 料 中 碳 氢 离子 团 发 生 反 应 生 成 的 氮 氧 化 物 。 快 速 型 NOx 生成 量 在 通 常 炉 温 下 是 很 少 的 ,尤 其 是 对 于 大 型 锅炉 燃 料 的 燃 烧 。 所 谓 快 速 型 NOx 是 与 燃 料 型NOx 缓 慢 反 应 速 度 相 比 较 而 言 的 。对 于 电 厂 锅 炉 来 说 ,燃 料 型 NOx 的 生 成 是 最主 要 的 ,占 生 成 量 的 60 % 70 % ,其 次 是 热 力 型NOx 的 生 成 量 ,而 快 速 型 NOx 的 生 成 量 却 很 少 。通 常 可 以 利 用 泽 利 多 维 奇 公 式 计 算 NOx 理论 生 成 浓 度 :CNOx = K ( CN 2 CO2) 0. 5exp ( - 21 500R T ) (1)式 中 , CNOx、 CN2 、 CO2分 别 表 示 NOx、 N2 、 O2 的 浓度 ,g/ m3 ; R 表 示 气 体 常 数 ; T 表 示 温 度 ,K; K 表 示 系 数 ,0. 023 0. 069。由 式 (1) 可 以 看 出 : NOx 生 成 浓 度 随 炉 膛 温度 和 氧 气 浓 度 成 比 例 增 加 。 在 锅 炉 炉 膛 设 备 中NOx 浓 度 的 半 经 验 公 式 2 :CNOx = 0. 16 D0. 8 Q0. 5v 3T (2)式 (2) 中 , Q v 表 示 锅 炉 容 积 强 度 ,MW/ m3 ;Da 表 示 炉 膛 当 量 直 径 ,m ; T 表 示 炉 膛 过 量 空 气 系 数 。通 过 上 述 对 NOx 生 成 机 理 的 分 析 ,可 以 看出 :降 低 锅 炉 NOx 生 成 量 的 主 要 措 施 是 采 用 低 温燃 烧 和 低 氧 燃 烧 技 术 。 分 级 燃 烧 技 术 是 实 现 低 温燃 烧 和 低 氧 燃 烧 的 一 个 好 办 法 。2 工 业 性 试 验2003 年 9 月 对 黑 龙 江 省 某 台 670 t/ h 燃 用 褐煤 的 锅 炉 进 行 工 业 性 实 验 ,以 便 找 到 降 低 NOx 排放 的 有 效 措 施 。2. 1 烟 气 中 氧 量 与 NOx 的 关 系通 过 各 个 工 况 的 调 整 试 验 对 比 ,找 到 排 烟 处烟 气 氧 含 量 与 NOx 排 放 浓 度 存 在 某 种 对 应 关 系 ,如 图 1 所 示 。 总 的 来 说 ,随 着 烟 气 氧 含 量 的 增 大 ,NOx 的 排 放 浓 度 将 增 大 。图 1 烟 气 中 (排 烟 处 )氧 量 与 NOx 的 关 系 曲 线2. 2 燃 烧 温 度 对 NOx 排 放 的 影 响图 2 给 出 该 厂 1 号 炉 燃 烧 区 域 的 火 焰 温 度 与NOx 生 成 量 之 间 的 关 系 曲 线 。图 2 NOx 排 放 浓 度 与 燃 烧 区 域 温 度 的 关 系 曲 线从 图 2 可 以 看 出 :不 同 工 况 下 的 NOx 排 放 浓度 是 不 同 的 , T - 2 工 况 的 NOx 排 放 浓 度 最 高 ; T- 4 工 况 的 NOx 排 放 浓 度 最 低 。 T - 2 工 况 的 配风 方 式 是 很 有 代 表 性 的 ,采 用 的 是 均 等 配 风 ,此配 风 方 式 能 够 保 证 燃 烧 区 域 供 氧 量 充 足 ,二 次 风扰 动 性 强 ,运 行 人 员 操 作 风 险 小 。 T - 4 工 况 的 配风 方 式 是 在 “ 分 级 送 风 ” 原 则 的 指 导 下 进 行 的 ,即在 每 组 燃 烧 器 的 火 焰 中 心 处 大 幅 度 减 少 二 次 风 供给 ,而 在 燃 烧 器 的 非 火 焰 中 心 处 适 当 增 大 二 次 风供 给 ,维 持 炉 膛 出 口 过 量 空 气 系 数 基 本 不 变 或 低662Vol. 26 ,No. 4 Heilongjiang Electric Power Aug. 2004于 设 计 值 运 行 ,实 现 低 氧 燃 烧 或 局 部 低 氧 燃 烧 。由 于 火 焰 中 心 处 的 过 量 空 气 系 数 较 低 ,火 焰 温 度也 较 低 ,因 此 可 以 大 幅 度 减 少 NOx 排 放 。 在 本 次试 验 中 ,电 厂 运 行 人 员 为 了 防 止 锅 炉 结 渣 ,限 定 试验 时 二 次 风 挡 板 开 度 不 能 低 于 40 %。2. 3 NOx 排 放 与 锅 炉 负 荷 的 关 系在 锅 炉 燃 烧 状 态 下 ,随 着 锅 炉 负 荷 的 增 加 ,烟气 中 氧 含 量 增 大 ,会 导 致 NOx 排 放 浓 度 的 增 加 。2. 4 分 级 送 风 (低 氧 燃 烧 )对 锅 炉 结 渣 的 影 响在 本 次 试 验 开 始 之 前 ,试 验 人 员 和 电 厂 的 运行 人 员 都 担 心 在 试 验 要 求 的 配 风 方 式 下 ,锅 炉 会发 生 结 渣 。 但 在 整 个 试 验 过 程 中 未 在 燃 烧 器 区 域发 生 结 渣 现 象 。2. 5 分 级 送 风 (低 氧 燃 烧 )对 锅 炉 效 率 的 影 响通 过 对 试 验 数 据 进 行 分 析 ,发 现 分 级 送 风 (低氧 燃 烧 )对 锅 炉 效 率 的 影 响 不 大 。 由 于 低 氧 燃 烧可 能 会 对 q4 不 利 ,但 q2 会 因 锅 炉 风 量 的 减 少 而降 低 。 因 此 ,在 本 次 工 业 性 实 验 中 ,实 行 低 氧 燃 烧并 未 对 锅 炉 效 率 带 来 负 面 影 响 。3 结 论a. 采 用 分 级 送 风 的 燃 烧 方 式 对 降 低 锅 炉 NOx排 放 是 有 效 的 。 在 采 用 分 级 送 风 这 一 燃 烧 方 式时 ,锅 炉 燃 烧 稳 定 ,锅 炉 效 率 变 化 不 大 。 在 额 定 负荷 下 ,NOx 质 量 浓 度 调 整 后 降 低 14 % 23. 2 % ;NOx 质 量 浓 度 最 大 降 低 151 mg/ m3 ,NO 体 积 浓度 最 大 减 少 67 L/ L 。b. 分 级 送 风 (低 氧 燃 烧 ) 对 锅 炉 结 渣 影 响 轻微 ,在 当 前 煤 质 的 情 况 下 可 试 验 长 期 运 行 ,以 观 察锅 炉 的 结 渣 情 况 。c.由 于 烟 煤 的 着 火 温 度 高 ,炉 膛 燃 烧 中 心 温度 高 ,因 此 采 用 这 种 分 级 送 风 燃 烧 方 式 预 计 会 收到 理 想 效 果 。d. 良 好 的 二 次 风 挡 板 运 行 状 态 (挡 板 开 度 不能 低 于 40 %)是 实 现 分 级 送 风 的 有 力 保 障 。e. 通 过 对 试 验 前 后 烟 气 中 的 NOx 排 放 浓 度测 定 ,NOx 的 下 降 幅 度 较 大 ,经 济 效 益 和 社 会 效益 巨 大 。参 考 文 献 :1 岑 可 法 . 锅 炉 燃 烧 试 验 研 究 方 法 及 测 量 技 术 M .北 京 :水 利电 力 出 版 社 ,1981.2 任 建 兴 . 火 电 厂 氮 氧 化 物 的 生 成 和 控 制 J .上 海 电 力 学 院 学报 ,2002 , (9) .3 叶 铭 ,马 宪 国 . 低 NOx 燃 烧 器 在 燃 煤 电 站 锅 炉 中 的 应 用 与 前景 J .能 源 研 究 与 信 息 ,2001 ,17 (3) .4 王 延 明 . 21 世 纪 初 黑 龙 江 省 电 力 公 司 的 环 境 保 护 与 可 持 续 发展 J .黑 龙 江 电 力 ,2001 ,23 (1) .(编 辑 侯 世 春 )(上 接 第 258 页 )吸 收 引 进 新 技 术 ,提 高 科 技 成 果 应 用 水 平 。 电 力营 销 管 理 信 息 系 统 的 数 据 电 子 化 后 ,如 何 在 数 以万 计 的 营 销 数 据 库 中 ,诊 断 电 力 营 销 管 理 信 息 系统 运 行 是 否 可 靠 ,客 户 执 行 的 电 价 政 策 是 否 正 确 ,必 须 要 靠 具 有 人 工 智 能 的 数 据 审 核 专 家 系 统 ,从中 得 出 正 确 的 结 论 。专 家 系 统 与 传 统 计 算 机 程 序 的 主 要 区 别 在于 ,专 家 系 统 适 合 解 决 非 结 构 化 和 无 算 法 可 应 用的 问 题 ,用 启 发 方 式 对 知 识 进 行 处 理 。 在 目 前 应用 的 管 理 系 统 中 ,可 以 按 照 专 家 系 统 需 要 的 某 种数 据 格 式 ,整 理 出 原 始 (如 设 备 容 量 、 电 压 等 级 、 用电 类 别 、 电 价 分 类 、 CT 比 、 PT 比 、 行 业 分 类 、 变 压器 是 否 专 台 自 备 等 )有 关 “ 条 件 ” 信 息 ,运 用 电 力 营销 数 据 审 核 专 家 系 统 ,对 当 前 系 统 的 电 价 、 电 费 、变 线 损 和 力 率 等 标 准 执 行 是 否 正 确 和 错 漏 收 ,CT、 PT 配 比 是 否 合 理 等 情 况 ,提 出 专 家 意 见 ,通过 数 据 审 核 专 家 系 统 对 现 行 应 用