660MW超超临界机组锅.ppt

660MW超超临界机组锅炉NOx生成与控制,2014年9月,660MW超超临界机组锅炉NOx生成与控制,1、前言2、电厂锅炉中NOx的生成过程3、影响NOx生成的因素4、NOX含量控制措施5、结论,一、前言,煤燃烧后产生的污染物较多，其中引起酸雨的主要物质除二氧化硫外就是氮氧化物。氮氧化物排放到大气中对环境造成很大危害，通过呼吸进入人体内，刺激呼吸道和肺部，并对心、肝、肾等造成腐蚀损害，还会引起急性或慢性中毒，并有致癌作用。所以大气中氮氧化物的含量已逐渐引起了各国的关注，许多国家已制订了非常严格的氮氧化物排放法规。氮氧化物的主要来源之一是电站锅炉的燃烧产物，所以采取相应的措施来控制氮氧化物的形成及排放也变得非常重要。,煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，这二种统称为氮氧化物(NOx)，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件有关。根据专家研究表明，在煤的燃烧过程中生成NOx的主要途径有三个：1、热力型NOx，它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx。2、快速型NOx，它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如HC等反应生成的NOx。3、燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。这三种类型的NOx，其各自的生成量和煤的燃烧温度有关，在电厂锅炉中燃料型NOx是最主要的，其占NOx总量的6080%，热力型其次，快速型最少。,2、电厂锅炉中NOx的生成过程,2.1：快速型NOx的生成热力型NOx是空气中的氧(O2)和氮(N2)在燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的NO和NO2的总和，其总反应式为：N2+O22NONO+O2NO2,分析上图可以看出，温度对热力型NOx的生成具有决定作用。,所以，根据热力型NOx的生成过程，要控制其生成，就需要降低锅炉炉膛中燃烧温度，并避免产生局部高温区，以降低热力型NOx的生成,2.2快速型NOx的生成,快速型NOx主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反应，形成的CN、HCN，继续氧化而生成的NOx。因此，快速型NOx主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区，多发生在内燃机的燃烧过程。而在燃煤锅炉中，其生成量很小。,2.3燃烧型NOx的生成,燃料型NOx的生成燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而生成的NOx，称为燃料型NOx。燃煤电厂锅炉中产生的NOx中大约7590%是燃料型NOx，因此燃料型NOx是燃煤电厂锅炉产生的NOx的主要途径。研究燃料型NOx的生成和破坏机理，对于控制燃烧过程中NOx的生成和排放，具有重要的意义。,3影响NOx生成的因素,3.1.1燃料特性影响由于NOx主要来自燃料中的氮，从总体上看燃料氮含量越高，则NOx的排放量也就越大因此，燃料中氮的存在形式不同，NOx生成量也就随之改变此外，以胺形态（褐煤，页岩劣质燃料）存在于煤中的燃料氮在燃烧过程中主要生成NO；而以芳香环形态（烟煤，无烟煤）存在的燃料氮在挥发燃烧过程中主要生成N2O煤挥发成分中的各种元素比也会影响NOx生成量，煤中ON比值越大，NOx排放量越高，即使在相同ON比值条件下，转化率还与过量空气系数有关，过量空气系数大，转化率高，使NOx排放量增加，见图2此外，煤中SN比值也会影响到各自的排放水平，S和N氧化时会相互竞争因此，SO2排放量越高，则NOx排放量会相应降低,32过量空气系数影响,当空气不分级时，降低过量空气系数，在一定程度上会起到限制反应区内氧浓度的目的，因而对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有明显的控制作用（如图2所示），采用这种方法可使NOx生成量降低1520但是CO浓度随之增加，燃烧效率下降当空气分级时，可有效降低NOx排放量，随着一次风量减少，二次风量增加，N被氧化的速度降低，NOx排放量也相应下降,33燃烧温度影响燃烧温度对NOx排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx排放量上升含氮量越高，燃料中氮向气相释放的量越低过量空气越大、火焰温度越高时，这种负效应越明显,34一次风率影响为了有效控制NOx排放，削弱NOx生成环境，二次风送入点上部应维持富氧区，下部应维持富燃料区当一次风率提高时，二次风送入点的下部还原性气氛减弱，CO浓度下降，NOx被还原分解的速率降低，使NOx生成量增加35负荷率影响增大负荷率，增加给煤量，燃烧室及尾部受热面处的烟温随之增高，挥发分N生成的NOx随之增加,四、NOX含量控制措施,4.1、采用LNCFS技术的燃烧器低NOx燃烧器LNCFS技术充分使用了分段燃烧原理，从四个角进入炉膛的煤粉和二次风这二股气流之间存在偏置角度，偏置风（CFS）偏离一次风中心线（贴壁方向）22，造成一、二次风在着火初期的混合率相对较低。因此，在缺氧的初始燃烧区内只发生部分挥发分的析出和着火，该区域位于炉膛从燃料喷嘴至该射流被炉膛内的旋转火球卷吸之处。此时下部主燃烧器区域则处于比传统燃烧方式氧浓度低得多的气氛下，这样既可避免过高的峰值温度，减少热力型NOx的生成，也可以抑制燃料氮向NOx转换的生成反应，从而达到总体上降低NOx排放的目的。在燃烧器的顶部设有燃尽风喷口(SOFA)。将燃料完全燃烧所需要的剩余空气由此喷口送入炉膛，燃尽风的投入并迅速地与燃烧产物混合，保证燃料的完全燃尽。,4.2、安装脱硝装置,脱硝装置布置主要由两部分组成，一是脱硝SCR反应器区，二是氨站区。本期脱硝采用选择性催化还原脱硝法（SCR）设计，脱硝效率为80%，SCR装置为高含尘布置，加装SCR装置后，省煤器出口水平烟道下部锅炉厂设置了省煤器灰斗，可以减少进入反应器中烟尘浓度及大颗粒灰进入反应器几率，防止催化剂的堵塞，利用省煤器下部灰斗就能有效去除大颗粒飞灰。脱硝系统不设置烟气旁路系统，采用声波吹灰，吸收剂为纯氨。通过调整喷氨量的大小我厂脱硝效率控制在80%以上，净烟气NOX含量平均值在60mg/Nm3。,4.3、通过运行调整风量大小来控制NOX含量,4.3.1减少锅炉送风量目的在于降低过量空气系数和燃烧区的氧浓度，以控制燃料NOx和热力NOx的生成量。在机组负荷600MW时，维持其他参数不变，改变空预器入口烟气含氧量，省煤器出口氧量和NOX排放浓度关系曲线如下图：主要是氧量增加，主燃烧器的过剩空气系数增加，使得该区域燃烧更加充分，燃烧温度水平升高，热力型和燃烧型NOX增加，NOX排放浓度增加。,4.3.2降低二次风箱与炉膛差压,即降低了辅助二次风速，使二次风混入一次风的时间滞后，从而使燃烧过程推后，降低了火焰温度（炉内温度），同时缩短了煤粉在着火区停留的时间，这也就达到了抑制热力NOx和燃料NOx生成的效果,4.3.3关小靠近燃烧器的辅助二次风挡板,是为了减少燃烧区的氧浓度，适当缩短燃烧区的反应时间，将部分反应推迟到燃尽区，从而达到抑制热力NOx生成的目的；,4.3.4适当减小一次风量,适当减小一次风量，使着火区的挥发分燃烧得不到足够的氧，限制燃烧过程的发展，最终抑制燃料NOx的生成：,4.3.5正常运行时配风图,5、结论,随着国家新的大气排