锅炉NOx控制影响及分析

1、锅炉 nox 控制影响及分析我公司 3240t/h 循环流化床锅炉 sncr 烟气脱硝工程由江苏亿金环保科技 有限公司设计、施工。目前，工程已接近尾声。通过初步的试运行和1#炉的 168 试运行，发现脱硝效果并不理想。喷入还原剂用量在设计值(249l/h)时，脱硝效 率仅 50%左右，出口排放 nox 浓度在 130mg/nm3 左右，只有当锅炉负荷低时，才 勉强维持在 100mg/nm3 左右。按照当前的锅炉运行状态，如要必须达到环保要求 的 100 mg/nm3 以下的目标值，需要喷入约 3 倍用量的氨水。通过多方咨询及查阅资料，锅炉炉膛出口温度偏低是影响脱硝效率的主要原 因之一 。下面对

2、循环流化床锅炉中的 nox 生成机制进行说明，分析影响 nox 浓 度的因素，探讨控制 nox 排放量的措施，提高脱硝效率，为循环流化床锅炉的达 标运行提供参考。1 nox 的生成机制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 两者统称为 nox，此外还有少量的氧化二氮（n2o）产生。和 so2 的生成机理不 同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度 和过量空气系数等燃烧条件关系密切。在煤燃烧过程中，生成的 nox 途径有三个：（1）热力型 nox（thermal nox），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的。 （2）燃料型 nox

3、（fuel 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。（3）快速型 nox（prompt nox），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的炭氢离子团 如 ch 等反应生成的 nox。其中燃煤锅炉的 nox 主要是燃料型的，它占总生成量约 80%以上。热力型 nox 的生成与燃烧温度的关系很大，在温度大于 1000时，热力型 nox 的生成量可 占到总量的 20%；快速型 nox 在煤燃烧过程中的生成量很小，可忽略不计。 2 nox 排放量影响因素分析21 燃料特性的影响1由于 nox 主要来自于燃料中的氮，因此，从总体上看，燃料氮含量越高，则 nox 的排放量

4、也越高；同时，燃料中氮的存在形态不同，nox 的排放量也不一样， 以胺的形态存在于煤中的燃料氮在燃烧过程中主要生成 no，而以芳香环形式存 在的燃料氮在挥发分燃烧过程中主要生成 n2o。一般来说，煤矸石、褐煤、页岩 等劣质燃料中燃料氮的主要存在形态是胺，故 nox 排放量较多，n2o 很少；相反， 烟煤、无烟煤中燃料氮的主要存在形态是芳香环，故 nox 排放量较少，而 n2o 很高。22 过量空气系数的影响当风不分级时，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区内的氧浓度， 因而，对热力型 nox 和燃料型 nox 的生成都有一定的控制作用，采用这种方法可 使 nox 排放量降低 15%20%

5、，但是 co 浓度会增加，燃烧效率会下降。当风分级时，可有效地降低 nox 的排放量。一般情况下，二次风从床上一定 距离送入较好，如果过低则对 nox 的排放量影响甚小。随着一次风量的减少、二 次风量的增加，n 被氧化的速度下降，nox 排放量也随之下降，并在某一风量分 配下达到最小值。23 燃烧温度的影响燃烧温度对 nox 的生成量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高， nox 的生成量将升高，因此，可以通过降低床温来控制 nox 的排放量。如 1#锅炉，负荷从 200t/h，降到 176t/h 时，床温从 960降到 930，脱 硝系统在氨水喷入量不变情况下，脱硫出口 nox 浓度从

6、 130mg/nm3 降到 100mg/nm3 以下。可以看出锅炉 nox 的生成量随床温的降低有明显的下降。总体来说，对循环流化床锅炉 ,煤矸石和无烟煤燃料挥发份低，难以燃烧， 所以燃烧温度要高于其它易燃烧的燃料。同时，煤矸石和无烟煤燃料采用相对高 的一次风量，带来高的过量氧气。高的温度和过量的氧气，促使 nox 的生成量比 其它燃料高。烟煤的情况则正好相反，低的燃烧温度和低的过量氧气。影响循环流化床锅炉 nox 生成量的因素较多，主要因素以及对 nox 生成量 的作用效果参见下表：编号1影响因素燃料（挥发份和含氮量）有利于减少nox 的作用方式含氮量低，挥发份高有利燃烧223456床温过量

7、空气一次风和二次风的分配 二次风分级燃料给料情况床温适当降低10-20度越低越有利，主燃烧区域控制在1.1-1.2 一次风比例越低nox越低拉长火焰高度，主燃烧区域温度相对较高，欠氧燃烧；燃尽区温度相对较低，可适当富氧燃烧 给料点附近风量越少，nox越低燃料供应决定了含氮量和挥发份。石灰石进料量和实际使用的燃料含硫相 关，也不是成为减少 nox 生成量的主要手段。床温是循环流化床锅炉设计的一 个重要参数。床温、过量空气系数、一二次风的分配以及二次风的分级和燃烧组 织相关，只能首先满足燃烧效率的要求，然后再考虑对排放的影响。实际设计采 用低一次风、二次风分级、采用火上风等因素是循环流化床锅炉实现

8、低 nox 生成 量的主要手段。3 锅炉运行存在问题分析3240t/h 循环流化床锅炉为济南锅炉设计，于 2005 年相继投产。至今未 进行大修。31 床温过高现阶段锅炉运行时，床温过高。锅炉负荷 180-200t/h 时，床温基本在 900-950左右；锅炉负荷 220t/h 左右时，床温有超 1000现象。根据以往经 验，床温每下降 10，nox 生成量下降 20-30mg/nm3。32 炉膛出口氧量高现阶段锅炉运行时，炉膛氧量高，基本在 8%左右。锅炉带负荷，要靠大量增 加一二次风量来达到锅炉的稳定运行，锅炉烟气量大于设计值约 30%。炉膛燃烧 不均匀，偶尔仍有煤渣结焦现象发生。炉膛出口

9、左右温差较大，平均在 50左 右，最大有 100以上的温差。33 锅炉负荷带不上现阶段各锅炉运行，最高负荷仅能带到 220t/h，2#炉仅最高能带到 210t/h， 且不能稳定。34 炉膛漏灰严重3炉膛出口折角外侧处有大量积灰，需进行补漏，减少漏风，控制炉膛出口氧 量。35 锅炉效率低2008 年，委托西安安能能源技术有限公司进行锅炉效率测试，锅炉效率仅 80-83%。远低于设计值的 92%。4 控制 nox 的措施目前，随着环保排放标准的日趋严格，降低各种污染气体的排放量已显得更 为紧迫。针对影响 nox 生成的因素，在循环流化床锅炉中可采取以下措施控制 nox 的排放量。41 锅炉进行低氮

10、改造低氮改造即针对燃烧过程中 nox 的生成机理，而采取的控制和减少燃烧过 程中生成 nox 生成量的技术手段，是从源头上减少 nox 生成的方法。减少 nox 生 成量的关键是控制燃料着火阶段的过量空气系数以及燃料中的氮尽量随挥发份 析出，因为循环流化床锅炉一次风比例要低于煤粉锅炉，所以循环流化床锅炉的 nox 生成量比煤粉锅炉低得多。目前采用的燃烧控制方法有：降低燃烧过程气氛的含氧浓度、降低燃烧气氛 的含氮浓度、降低燃烧过程温度、减少燃料和烟气在 nox 生成区域的停留时间， 采用预混燃烧方式、减少过量空气系数，cfb 锅炉床层温度控制等等。从源头上减少 nox 生产量，有助于减少 snc

11、r 还原剂的使用量，减低成本。 42 提高炉膛出口温度现今，江苏亿金环保科技有限公司采用为 sncr 脱硝方案，在分离器区域注 入氨水或者尿素、降低 nox 排放量。例如，对于 nh3，其还原反应为4nh3+4no+o24n2+6h2o推进上述反应的主要动力是反应温度，如反应温度在 860-950，氨水作还 原剂，流化床锅炉的 sncr 脱硝效率可高达 70%。尿素溶液作还原剂时，考虑到 尿素热解所需的反应热，反应温度为 900-1050。脱硝效率的提高，可以有效的降低脱硝还原剂的用量和逃逸量。5 结束语综上所述，建议如下：4（1）考虑到锅炉的运行成本，建议不考虑更换煤种，可适当调整配煤比例。 （2）保证锅炉稳定、高效运行的前提下，可尝试适当控制锅炉床温，以控制nox 的初始生成量。（3）委托专业厂家对锅炉进行系统诊断，进行包括落煤口、二次风、旋风分 离器等的改造，通过燃料燃烧分级、二次分合理配风、烟气再循环控制一次风氧 量等，实现主燃烧区域欠氧、燃尽区富氧、燃烧火焰区域拉长提高并控制炉膛出 口温度等，从而提高锅炉的燃烧效