NOx生成及控制措施

NOx的生成和控制措施叙述概要中国是一个以煤为主要能源的国家，煤占一次能源的75%，其中84%以上用在燃烧方法上。 煤炭燃烧排放的废气中的氮氧化物(NOx )是引起大气污染的主要污染源之一。 氮氧化物(NOx )对环境问题和人体健康的危害主要有以下方面：氮氧化物(NOx )的主要危害：(1)NOx对人体的毒性作用，危害最大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；(2)NOx对植物的损害；(3)NOx是形成酸雨、酸雨的主要污染物；(4)NOx和烃形成光化学烟雾(2)不同浓度的NO2对人体健康的影响二、燃煤锅炉的NOx生成机理氮氧化物(NOx )是引起大气污染的主要污染源之一。 通常NOx有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5的各种形式，其中NO和NO2是重要的大气污染物，也有少量的N2O。 我国氮氧化物排放量的70%来源于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国煤炭的大型企业，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。煤燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx )主要是一氧化氮(NO )和二氧化氮(NO2 )，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剩空气系数等密切相关。 燃烧生成NOx的途径主要有燃料型、热型、快速型三种。 其中快速型NOx的生成量很少，可以忽略。1 .热型NOx是指空气中的氮气(N2 )和氧(O2 )燃料燃烧时形成的高温环境下生成的NO和NO2的总和，其总反应式如下燃烧区域温度低于1000时，NO的生成量少，温度为13001500时，NO的浓度约为5001000ppm，NOx的生成速度随着温度的提高，指数规律增加，温度足够高时，热型NOx达到20%。 因此，温度对热型NOx的生成有绝对作用，过剩的空气系数和烟滞留时间对热型NOx的生成有很大的影响。为了通过热型NOX的生成过程控制其生成，需要降低锅炉炉膛的燃烧温度，避免产生局部的高温区域，减少热型NOX的生成。2 .燃料型NOx燃料型NOx的生成是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应生成的NOx，被称为燃料型NOx。 由于煤炭火力发电厂锅炉产生的NOx的约75%90%是燃料型NOx，所以燃料型NOx是煤炭火力发电厂锅炉产生NOx的主要途径。 研究燃料型NOx的生成和破坏机理，对控制燃烧过程中NOx的生成和排放具有重要意义。 在燃料燃烧中生成NOx的过程中，遇到烃(CHm )和碳(c )时，NO被还原成氮分子n-2，在这个过程中被称为NO的再燃烧和燃料分级燃烧。 根据这个原理，可以将进入锅炉炉膛中的煤粉阶段性地导入燃烧中，有效控制NOx的生成和排出。燃料型NOx的生成和破坏过程不仅与煤种的特性、燃料中的氮化合物热分解后的挥发成分和在焦炭中的比例、成分和分布，其反应过程也与燃烧条件(如温度和氧)和各种成分的浓度密切相关。 燃料进入炉膛加热后，燃料中的氮有机化合物首先被热分解为氰(HCN )、氨(NH4 )和CN等中间生成物，与挥发成分一起从燃料中析出，被称为挥发成分n。 挥发成分n析出后燃料中残留的氮化合物称为焦炭n。一般来说，燃料型NOx的主要来源是挥发n，它占总量的60%80%，其馀的由焦炭n形成。 在氧化性气氛中生成的NOx在遇到还原性气氛时被还原成n-2。 因此，锅炉燃烧最初形成的NOx虽然不等于其排出浓度，但随着锅炉燃烧条件的变化，生成的NOx有可能被还原或破坏。 煤中n在燃烧过程中转化为NOx的量与煤的挥发成分和燃烧过剩空气系数有关，在过剩空气系数大于1的氧化性气氛中，煤的挥发成分越高NOx的生成量越多，过剩空气系数小于1，高挥发成分的煤的NOx生成量越低，其主要原因是高挥发成分的燃料综合地说，燃料型NOx是指燃料中的含氮化合物在燃烧过程中热分解，再氧化生成NOx。 其生成量主要取决于空气燃料的混合比。 燃料型NOx约占NOx总生成量的75%90%。 过剩的空气系数越高，NOx的生成和转化率也越高。3 .快速型NOx是指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团，例如CH等反应生成NOx。 主要是指燃料中的烃在燃料浓度高的区域燃烧时产生的烃与燃烧空气中的N2反应，形成的CN和HCN持续氧化生成的NOx。 在燃煤锅炉中，虽然其生成量小，但一般在燃烧不含氮的烃燃料时考虑。在这三种形式中，急速型NOx所占的比例小于5%的温度小于1300时，几乎没有热型NOx。 在通常的燃煤锅炉中，NOx主要由燃料型生成路径产生。 控制NOx排放的技术指标可分为一级措施和二级措施，一级措施是通过各种技术手段降低燃烧中的NOx生成量，二级措施是通过技术手段将已经生成的NOx从烟中去除。3 .燃煤锅炉的NOx生成因素1 .炉温影响NOX的生成的影响：炉温主要影响热NOX的生成量，影响总NOX的生成量。 炉子的温度越高，所占的比例就越大。2 .过剩空气系数对NOX生成的影响：过剩空气系数影响燃料NOX、热NOX和快速NOX，但影响的倾向不同，开始增加时，热NOX和燃料NOX都增加，超过1.1时，热NOX减少，燃料NOX持续增加，总NOx的增加3 .预热空气温度对NOX生成的影响：提高预热空气温度，煤粉的点火变快，提高炉内温度水平，增加热NOX，同时在燃烧初期区的温度水平上使挥发成分大量析出，使挥发成分NOX大量增加。 因此，预热空气温度越高，NOX生成量越多。4 .煤质对NOX生成的影响：(1)挥发成分的影响：挥发成分增加的话，起火变快，温度峰值和平均温度上升，热NOX增加的同时，挥发成分的含量增多，燃料型NOX也提高(2)水分的影响：如果水分增加，点火延迟，燃料和空气的混合变好，即点火区的氧浓度增加，在燃料中的氮点火阶段滞留时间增加，反应变得充分，所以燃料型NOX增加。 另外，虽然水分增加，发热量下降，温度水平下降，热型NOX下降，但总NOX的生成量增加了。(3)氮含量的影响： NOX随着氮含量的增加而增加。5 .微粉炭细度对NOX生成的影响：不考虑低氮燃烧的情况下，微粉炭细度越细燃烧越快，温度越高热NOX越多的同时，微粉炭加热越快，温度峰值越高，析出的挥发成分就越多。 而且此时与空气混合度高，燃料NOX多。6 .负荷对NOX的影响：随着负荷的降低，炉膛温度降低，热型NOX的产量降低，但负荷降低，过剩空气系数增加，总燃烧区域的过剩空气量增加，燃料型NOX增加，因此在负荷降低的过程中，NOX含量降低后上升。四、减少燃料型NOx排放的主要技术措施低NOx燃烧技术： NOx的形成决定了燃烧区域的温度和过剩的空气系数，因此通过控制燃烧区域的温度和空气量，达到了阻止NOx的生成，减少其排出的目的，被称为低氮燃烧技术。 对低氮燃烧技术的要求是在降低NOx的同时稳定锅炉燃烧，飞灰的碳含量不超过标准。 控制燃烧过程中NOx生成量的措施原则有： (1)降低过剩的空气系数和氧浓度，使微粉炭在缺氧条件下燃烧；(2)降低燃烧温度，防止局部高温区域的产生；(3)缩短高温区的烟的滞留时间等。 低NOx燃烧技术主要包括低过剩空气系数、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、排烟再循环、低NOx燃烧器。1 .低过剩空气燃烧在尽可能接近理论空气量的条件下进行燃烧过程，随着烟中过剩氧的减少，可以抑制NOX的生成。 这是最简单的减少NOX排放量的方法。 一般可以将NOX排放量减少1520%。 但是，炉内氧浓度过低(3%以下)时，化学上不完全的燃烧热损失增加，飞灰的碳含量增加，锅炉的燃烧效率降低。 因此，在锅炉运行时，必须选择最合理的过剩空气系数。2 .空气分级燃烧基本原理是逐步完成燃料燃烧过程，采用倒三角形配风方式。 在第一阶段的预燃烧阶段，减少从主燃烧器向炉膛供给的空气量(相当于理论空气量的80% )，使燃料在氧不足的富燃烧条件下燃烧。 此时，第一阶段燃烧区域内的过剩的空气系数1使燃烧区域内的燃烧速度和温度水平下降。 因此，不仅延迟了燃烧过程，还降低了在还原性气氛中生成NOX的反应率，抑制了该燃烧中的NOX的生成量。 在第二阶段的燃烧阶段，为了完成所有的燃烧过程，完全燃烧所需的剩馀的空气通过配置在主燃烧器上的专用的二次风喷出口被输送到炉膛中，与在第一阶段燃烧区在“贫困燃烧”的条件下产生的烟混合，在1的条件下完成所有的燃烧过程。 这个方法弥补了简单的低过剩空气燃烧的缺点。 第一阶段燃烧区域的过剩空气系数越小，抑制NOX的生成的效果越高，但不完全燃烧生成物越多，燃烧效率越低，引起炉渣和腐蚀的可能性越高。 因此，为了减少NOX的排出，确保锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。3 .燃料分级燃烧燃烧中生成的NO遇到烃根CHi和不完全燃烧生成物CO、H2、c和CnHm时，会发生NO的还原反应，再次被还原成N2。 利用这一原理，将主要燃料送入第一段燃烧区域，在1条件下燃烧NOX而生成。 输送到一次燃烧区的燃料被称为一次燃料，其馀的1520%的燃料在主燃烧器的上部被输送到二次燃烧区，在1的条件下形成强的还原性气氛，在一次燃烧区生成的NOX在二次燃烧区(再燃区)被还原成氮分子，输送到二次燃烧区的燃料被二次燃料在再燃区不仅能够对生成的NOX进行还原，还能够抑制新的NOX的生成，进一步降低NOX的排放浓度。 在采用燃料分级燃烧时，为了有效地降低NOX排放，再燃区很重要。 因此，有必要研究在复发区影响NOx浓度值的因素。4 .排烟回收利用现在常用的排烟再利用法，在锅炉的空气预热器前将低温排烟的一部分直接送到炉内，或者与一次风或二次风混合送到炉内，不仅降低燃烧温度，还降低了氧浓度，进一步降低了NOX的排出浓度。 但是，现有设备未进行回收利用的情况下，必须进行设备改造，或者进行经济性和安全性的比较后再实施。四、我厂燃烧器配置我们厂的燃烧方式采用方形切圆燃烧。 一、二次吹口可上下摆动，摆动角度达到设计值，最大摆动角度为30。 喷口的摆动用能反馈电信号的(420mA )进口气压智能型致动器实现，致动器有足够的扭矩，燃烧器的摆动灵活，四角同步，每个致动器要求420mA的位置反馈，发送给DCS既可以自动地上下摆动30，也可以手动地左右摆动15主风箱中设置5层强化点火的微粉炭喷嘴，在微粉炭喷嘴的周围配置有燃料风(周边风)。 在相邻的二层的微粉炭喷嘴之间配置辅助风喷嘴，在主风箱的上部设置三层紧凑的燃烧风喷嘴，在主风箱的下部设置二次风喷嘴。 在主风箱的上部，配置有包含可水平摆动的分离燃烧风(高位燃烧风)喷嘴的高位燃烧风燃烧器。 SOFA风喷嘴可以上下和左右水平摆动，控制炉膛出口烟温偏差。一次吹出口由防止烧损和磨损的新型合金材料制造，在燃烧器检查时可以从外部装卸。 燃烧器的设计和配置中，NOx排放浓度不要超过250mg/Nm3 (干基O2=6% )。 各研磨机的出口通过4根微粉炭配管与配置在同一层四角的微粉炭燃烧器连接，微粉炭配管的直径为53010mm。 在入口弯管和燃烧器之间配置手动煤闸门，在检查时起到隔断的作用。一次风微粉炭燃烧器采用水平浓淡形式，设置偏置周边风，形成浓淡两条气流喷射到炉膛中，浓相微粉炭最先在火侧点火，然后，在背火侧的淡相点火，使燃烧稳定地持续。 在煤粉喷嘴中内置波形钝化结构，当一次风粉混合物通过钝化时，下游产生稳定的回流区域，使起火点稳定的钝体前端块，有助于稳定回流区域的波形结构能够增加一次风与炉内热烟的接触面积。 薄相煤粉偏向周边风，提高水冷壁附近的氧量，增加氧化性气氛，更好地防止烧焦，防止高温腐蚀。五、燃烧调整措施1 .各组监控脱硝DCS画面各参数是否正常，脱硝入口烟NOx浓度在300 mg/Nm3以下，脱硝出口烟NOx浓度在100 mg/Nm3以下，如果NOx浓度超过标准值，就要迅速调整。2 .锅炉燃烧氧量必须满足设计要求。 根据机组负荷(机组负荷在180MW以上时)，必须打开燃烧阻尼器，保证全负荷运转时燃烧阻尼器的开度超过70%。 氧量高时，通过降低各层燃烧器的二次风量来调整，实现燃烧区的高温低氧、燃烧区的低温高氧的燃烧方式。3 .要保持水冷壁的受热面清洁，当机组负荷在240MW以上时，要将水冷壁的吹灰吹到炉上，防止水冷壁烧焦引起的炉膛温度上升。4 .微粉炭细度细时，炉内火焰峰值温度高，燃烧强度大，因此，可以使NOx排放量一定增加，只要不影响飞灰碳含量，就可以适当调整微粉炭细度。5 .降低热二次风的温度能降低炉内温度水平，因此能降低NOx排放量，冬季能够适当控制暖风器出口的风温，但要确保排烟温度。 适当降低一次风量也能引起Nox排放量的降低。6 .由于负荷对NOx的影响大，因此低负荷时氧量大，因此NOx含量增大，要求在低负荷时强化燃烧的调整，使低负荷氧量不超过与当时的负荷对应的设定值，从而减少NOx排放量。7 .在满足粉煤机的干燥、换气、粉煤输出的基础上，尽量降低一次风速(保证粉煤机的出口风速达到25m/s以上)，适度地提高二次风速，达到燃烧器的分级燃烧的目的。8 .采用调节二次风分阻尼器的方法，合理控制二次风和炉膛差压在0.3K