锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响

1、锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响摘 要：阐述了热力型、燃料型和快速型氮氧化物（NOX的生成机理，并 以某台680 t/h锅炉为对象进行试验，分析了锅炉在进行燃烧调整过程中二次风 箱与炉膛压差、配风方式、氧量、磨煤机组合运行方式等因素对 NOx排放量的影 响，得出结论：采用水平浓淡燃烧技术、在燃烧器顶部布置二次风，以及进行燃 烧调整优化，可降低锅炉NOX的排放量。最后指出，应在不影响锅炉效率的情况 下，对燃烧进行调整优化，来达到减少NOx排放的目的。关键词：锅炉；NOx排放；燃烧调整；配风方式；效率In flue nee of boiler combusti on regulati on on

2、emissi on of n itric oxidesWEN Zhiyo ng, SONG Jin ghui(Gua ngdo ng Power Test & Research In stitute, Gua ngzhou 510600, Chi na)Abstract: The generation mechanism of nitricoxides ( NOR are expounded in this paper.A 680 t/h boiler is tested to analyze the effectof such factors as differential pressure

3、of sec on dary air box and fur nace, air distributi onmode,oxyge n conten t,coal pulverizeroperati on mode on NOxemissi on duri ng boiler combusti on regulati on .It is con cludedthat adopti ng horiz on tal bias combusti on tech ni que,distributi ng overfire air( OFAand optimizing the combustion can

4、 realize low NOx emission without prejudice to boiler efficie ncy.Keywords: boiler;NOxemission;combustion regulation;air distributionmode;efficie ncy随着我国实行可持续发展的战略，经济建设和环境的协调发展已成为可持续 发展的一项重要内容，因此环境保护已成为当前和今后一项任重而道远的工作。 在燃煤电厂排放的大气污染物中，氮氧化物（NOx因为对生态环境和人体健康 的危害极大，且难以处理，所以成为重点控制排放的污染物之一。由于环保滞后, 特别是治理资金的

5、匮乏，我国对NOx的治理还很有限，因此通过燃烧调整来减少 燃煤电厂污染物的排放，特别是 NOx的排放，具有积极的意义。1NOx的生成机理NOx主要指NC和NO,其次是NQ, NO, NQ和NQ。在发电厂锅炉的煤粉 燃烧过程中，NOx的形成途径主要有两条：一是有机地结合在煤中的氮化物在高 温火焰中发生热分解，并进一步氧化而生成 NOx二是供燃烧用的空气中的氮在 高温状态与燃烧空气中的氧发生化合反应而生成NOx在煤粉锅炉生成的NOx中，主要是NO约占95% 而NO仅占5流右，NQ, NO, N4和NQ的量很少。NOx 的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备、煤种、炉内温度水平和氧量、运行方 式等有关

6、。煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型，即热力型NOx燃料型NOx和快速 型NOx1.1热力型NOx的生成热力型NOx是燃烧空气中的氮在高温下氧化而成的。 其生成机理是由前苏联 科学家捷里道维其(Zeldovich )提出的，按这一机理，热力型 NOx的生成主要 由以下链锁反应来描述：* NO+ NN + (). NO ().热h呷! NO.的主成速率满足Arrhenius定律可采川以下衣达式衣朋：dr(NO也斯=宿xii广：理(人儿“y(皿卄列e式中：t反应时间；T反应温度；c(NO)NO的浓度;c(O2)Q的浓度；c(N2)2的浓度。由上式可以看出，影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反

7、应的温度、 氧 气浓度和反应时间，而且温度对热力型NOx的生成影响最大。实际上在1 350 C以下，热力型NO)生成量很少，但随着温度的上升，热力型N0)生成量迅速增加,温度达1 600 C以上时，热力型 NOx占NOx生成总量的25%- 30%1.2燃料型NOx的生成燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%-80% 一般认为，燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化而生成的，同时还 存在NO的还原反应。燃料型NOx的生成和还原机理相当复杂，至今仍无法解析 清楚。燃料型NOx的生成可用下式表示:燃料型NOx的生成和还原不仅与煤种的特性、煤中氮化合物存在的状态、煤

8、中的氮热分解时在挥发分和焦碳中分配的比例和各自的成分有关，还与氧的浓 度、燃烧温度相关。1.3快速型NOx的生成快速型NOx的生成是通过燃料产生的CH原子团撞击N分子，生成HCN类化 合物，再进一步氧化而生成的，这个反应很快，所以称为快速型NOx快速型NOx 的生成可由以下式子表示：CH + N= *i!CN + N.HCN +OH) KCM HUH) + CO温度对快速型NOx的生成影响很小，与热力型和燃料型 NOx的生成量相比， 快速型NOx的生成量要少得多。1.4NOX生成量与火焰温度的关系一般来说，热力型NOx燃料型NOx和快速型NOx的生成量随火焰温度变化 的规律，可以由图1定性描述

9、。J：塢洱煤e图1 MO生成与火焰温度的黄系2锅炉燃烧调整对NOx排放量的影响试验2.1锅炉的概况为分析锅炉燃烧调整对NOx排放的影响，以某台680 t/h锅炉为对象，进行 了试验研究。该锅炉为东方锅炉厂设计制造的超高压、一次中间再热、自然循环、 平衡通风、煤粉固态排渣汽包炉，型号为 DG680/13.7-20，燃用煤种为烟煤，设 计燃煤成分和试验时的燃煤成分如表 1所示。锅炉配用中速磨冷一次风正压直吹 式制粉系统，共有5台北京电力设备总厂制造的ZGM80型中速辊式磨煤机，其 中4台运行1台备用。煤粉燃烧器布置在炉膛四角，切圆燃烧，四角燃烧器中心 线与炉膛中心形成两个相切的假想切圆， 假想切圆

10、直径分别为736 mm和391 mm 采用水平浓淡分离燃烧器，燃烧器喷口布置见图 2，燃烧器的这种结构和布置应 用了低NOx燃烧技术，可以保证NOx的排放量比较低。2.2试验方法按GB 10184-1988电站锅炉性能试验规程进行锅炉燃烧调整试验。燃 烧调整每个工况锅炉负荷基本上保持在满负荷。采用网格法在空气预热器的进、 出口分别进行烟气取样，经混合器混合后送到烟气分析小车进行分析。空气预热器进口温度和排烟温度用网格法进行测量， 采用网格法等速取样空气预热器出口 的飞灰，炉渣在捞渣机出口取样。锅炉的效率用反平衡法进行计算。NOx的浓度换算为 (Q)=6%条件下的浓度。3试验分析3.1风箱与炉膛

11、压差对NOx排放量的影响保持锅炉的负荷、配风方式、氧量、磨煤机组合方式均不变，通过改变二次 风箱与炉膛压力的差压 p来进行试验，结果如表2所示。9 I迎计鰹艰處分科试羿瞄烬冬成分分轿討It4 nUlHtWttvtwe讣2i3X朝4)1时 H” ：%:Hi皆51帕（L5 h7K.工 CiSiH 4闾A叫1Fn冷W dLnit hiiil,H fU冏?i LUI2-4 M2S丹U： H 韓IN)“ l(4. flM Iw 1fci rj1 MJ L|2闸M 射H瓠Qi “ i Mf + Xg釦.小$删jii Ml.如27牌5 niKJ w肌慎V令粧城胆幣实*2 z:2S2 V*tJkul, ,h2

12、 1*l.陶*1. M3 糕炉申篁養址羁的试聒耳Ft单LOt -2 *IVHf i - * or”(Hy f - 1 狎 E* 唧牡。i - M5#|*l( j - 4 计tN). f( mg m -楓524#T、.口冒巧z2严)M-Jiff1 %1 K|玄沪效挙吃ikW砧g NVLVK锅护采用不周配凤方式时的试虢 R切勾配氓力试止三创記酬權配riffpr甩片式灿力虑風方式NQ1 故扯(TUgF 1142讪21S.U), ttN飞恥町憚內海蒂%t W1111.?.n炉卅叫烬祸含帥%I； 3q石hJ4 “IXi怫氓然1究心%1 M& Of.S uiIMj1 J1、112 u7然押丸和%j *1妒

13、敕* %9； M|V1112代14从表3数据可以看出，随着氧的体积分数 (02)的增加，锅炉的NOx排放量 也在增加，在 (02)增加到一定程度以后，NOx排放量的增加渐趋平缓。这是因 为随着 (02)的增加，炉内燃烧区域的供氧量加强，燃烧强度加强，炉膛火焰温 度升高，热力型NOx的生成量增大。另外，燃烧区域氧浓度增加，为燃料中的氮 化合物燃烧时的热分解产物进一步氧化成 NOx提供了条件，从而使燃料型NOx 的生成量也增加，因此总的NOx排放量增加。然而，随着 (O2)的进一步增大， 送入锅炉的风量已经过大，造成燃烧区域的火焰温度降低，从而使热力型 NOx 的生成量减少，因此总的NOx排放量的

14、增加趋势平缓，若 (O2)进一步增大，NOx 的生成量还会有降低的趋势。3.3锅炉的配风方式对NOx排放量的影响 保持锅炉的负荷、氧量、风箱与炉膛的压差、磨煤机组合方式等不变，通过 不同的配风方式进行试验，结果如表 4 所示。从表4可以看出，倒三角配风方式锅炉NOx排放量最低，而正三角配风方式 NOx排放量最高，其它两种配风方式NOx的排放量居中。这种现象可以这样解释： 采用倒三角配风方式， 在主燃烧区域， 锅炉氧量相对较低， 因此燃烧的火焰温度 也要相对低一些，热力型NOx和燃料型NOx的生成量都减少；在燃烧器区域上部 送入过量的空气， 有助于燃料燃尽， 从表 4可看出这种配风方式飞灰可燃物

15、是最 低的，而且该区域不是主燃烧区域，火焰温度比较低，即使该区域氧量比较大， NOx的生成量也不会增大，因此，总的 NOx排放量比较低，这也说明顶部二次风(OFA的投入确实能减少NOx的生成量；由于燃烧区域下部送入风量比较少， 对进入炉膛的煤粉顶托能力不够， 致使炉渣可燃物含量比较大。 采用正三角配风 方式，锅炉的主要风量都从炉膛燃烧区域下部送入， 使得主燃烧区域氧量比较大， 燃烧的火焰温度也相对较高，从而使热力型NOx和燃料型NOx的生成量增加，总 的NOx排放量也就增大。但是该配风方式下的炉渣可燃物含量会大大降低。3.4磨煤机组合运行方式对NOx排放量的影响保持锅炉的负荷、风箱与炉膛压差、

16、 氧量和配风方式不变， 通过不同的磨煤 机组合运行方式进行试验，结果如表 5 所示。*5 Jlflt紈不同组合运行方式下的试裟绪果環日Aftct ifrm &1 Ftig-m-1 J523. JJ543 IM1E躱町燃徇含甘%2. 17i中1is.钿2 SVt M*l2.刑从表5可以看出，ABDE磨组合运行方式的NOx排放量要比ABCE磨组合运行 方式的NOx排放量高。其主要原因是：对于 ABDE磨组合运行方式，高温区域沿 炉膛高度方向比较长；而对于ABCE磨组合运行方式，高温区域主要集中在下部， 沿炉膛高度方向就比较短，所以其热力型 NOx的生成量就比ABDE磨组合运行方 式的少，从而使ABCE磨组合运行方式总的NOx排放量要比ABDE磨组合方式的 少一些。4结论通过以上试验与分析，得出如下结论：a）采用水平浓淡燃烧技术和在燃烧器顶部布置二次风（ OFA的方法，可以 使锅炉的NOx排放量比较少，本台锅炉采用该项技术，在满负荷时， NOx的排放 量没有超过国家标准（650mg/m）。b）通过对锅炉的燃烧调整优化，可以在保证锅炉热效率比较高的情况下， 减