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摘要 氮氧化物(NOx)是火电厂排放的主要气体污染物之一，对环境和人体危害很大。如何有效降低火电厂烟气中的氮氧化物是目前环境保护体系面临的重点和难点问题。文章综述燃煤过程中氮氧化物(NOx)的形成机理, 讨论了氮氧化物(NOx)抑制, 生成的理论依据,介绍了几种燃煤锅炉降低氮氧化物(NOx)燃烧技术，并结合具体的燃烧试验，结合了大量的数据, 分析了燃煤锅炉降低氮氧化物(NOx)排放的燃烧技术措施，为在实际工作中为没有脱硝设备的燃煤电厂控制排放提供参考。
关键词 氮氧化物；降低；燃烧技术
0 引言
随着国民经济的发展,电力需求快速增加,燃煤锅炉不断扩建,用煤量显著增加, 氮氧化物(NOx)将会对大气环境造成严重危害。前排放标准要求控制在450mg/m3，因此控制燃煤锅炉的氮氧化物(NOx)的排放意义重大。本文就降低氮氧化物排放的燃烧技术进行分析和探讨。
1 控制和降低氮氧化物的产生的方法
2.1氮氧化物控制与去除方式：对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说，一般采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
2.2热力型NOx是燃烧时空气中的N2 和O2 在高温下生成的NOx，产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性；然后是高的氧浓度，要减少热力型NOx的生成。
2.3 一般情况下在保证锅炉燃烧安全的前提下，采取以下措施来减少氮氧化物的生成：低过量空气燃烧； 空气分级燃烧；燃料分级燃烧(也称再燃法)；烟气再循环；浓淡燃烧；低NOx燃烧器。
从NOx的生成机理看,占NOx绝大部分的燃料型NOx在煤粉着火阶段生成。因此,通过特殊设计结构的燃烧器以及通过改变燃烧器的风煤比例,在燃烧器着火区的燃烧过程达到空气分级、燃料分级或烟气再循环法的效果,以降低着火区氧的浓度,从而降低着火区的温度达到抑制NOx生成的目的。对煤粉锅炉来说,煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备，不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛的，而且煤粉燃烧所需要的空气也是通过燃烧器送入炉膛的，煤粉气流的着火过程炉膛中的空气动力和燃烧工况主要是通过燃烧器的结构及其在炉膛上的布置来组织的。因此从燃烧的角度看燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要的作用。
由于低NOX燃烧器能在煤粉的着火阶段就拟制NOx的生成，可以达到更低的NOx排放值，因此低NOx燃烧器得到了广泛的开发和应用，世界各国的大锅炉公司为使其锅炉产品能满足日益严格的NOX排放标准的要求分别发展了不同类型的低NOx燃烧器，根据所采取的措施的不同各种不同类型的低NOx，燃烧器可以达到的NOx，降低率一般在30%—60%。
尽管低NOx燃烧技术具有系统简单、操作便易、投资少的优点,但在一般情况下其最多只能降低NOx排放量的50%。
3 对燃煤锅炉进行降氮氧化物燃烧调整的实验情况和结论
图1 锅炉燃烧器喷口布置图
盘山电厂#4机2002年投产，锅炉为哈尔滨锅炉厂HG-2023/17.6-YM4型锅炉。亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、Π型布置、控制循环汽包炉。采用三分仓回转式空气预热器，平衡通风，摆动式燃烧器四角切圆燃烧。燃烧器(如图1所示)共布置22 层喷口，包括有6层一次风喷口，4层油配风喷口，2 层OFA反切风喷口，10 层二次风喷口、喷口均布置有周界风；锅炉没有设计烟气再循环。机组的排量限制有氮氧化物(NOx )=450mg/Nm3,机组采用燃尽风技术的低氮氧化物(NOx)燃烧系统，锅炉使用国产次烟煤，为了满足即将实行的级别更高对机组氮氧化物(NOx )排量的限制，我们进行了降低氮氧化物(NOx)排量的实验(如图2)，在机组额定工况时，通过改变过剩O2量，每1%的变化，NOx排量改变50 mg/Nm3，OFA调风器开口在15-80%可操作范围内，NOx排量改变大约50mg/Nm3，以及风箱高炉压差在压差范围内每0.1kPa的改变，NOx排量改变大约20mg/Nm3，研究发现锅炉风量和总烟气量对NOx的影响较大，燃烧摆动对NOx的影响中等。另外，尽可能从一开始偏置第二台磨，将会使NOx排量水平额外降低20 mg/Nm3。根据我厂设备情况在不改造设备的条件下并结合实验数据总结出如下锅炉燃烧调整方法控制和降低NOx：
1. 采取空气分级燃烧降低NOX的含量;
2. 在保证气温的同时降低火焰中心；
3. 二次风配风调整为倒梯形，开大上部辅助风门，开大顶部反切风门OFA1/2，F磨辅助风门大于30%（F磨运行时，辅助风门大于50%、反切风门开度在60%以上）；
4. 在保证锅炉氧量和锅炉飞灰不增加的同时，减小送风风量；
5. 加大下层煤粉浓度，局部形成低氧燃烧；
6. 采取低过量空气燃烧降低NOX的含量。当NOX含量上升较快或超标时，可采取适当降低总风量的措施延缓NOx的生成
在确保燃烧安全的情况下同时采用上面方法来控制氮氧化物，既兼顾了锅炉运行的经济性，又在在降低NOx方面取得了比较明显的效果。同负荷和同种煤种的前提下，调整后燃烧比前NOx降低了20%左右。
4 结束语
氮氧化物排放造成的污染越来越严重,随着我国新大气排放标准的颁布实施,对燃煤电厂以及其他途径NOx排放已提出更加严格的要求。为了减少氮氧化物对大气的污染,一方面要改进燃烧技术,控制其生成,另一方面要加强烟气净化治理。降低NOx排放,减少环境污染,是国民经济和社会可持续发展的利国利民的大事。本文探讨和分析的降低氮氧化物排放的燃烧技术,通过实践证明是成熟、有效的,可以在我国燃煤电厂推廣应用。
参考文献
[1]毛健雄 毛健权 赵树民等 煤的清洁燃烧 北京科学出版社1998,P90-96
[2]还博文 锅炉燃烧理论与应用 上海交通大学出版社 1999.9,P130
[3]钟北京 杨静 傅维标.煤的挥发份组分对NOx 和SOx 排放的影响[J].燃烧科学与技术1998 4
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词 氮氧化物；降低；燃烧技术
0 引言
随着国民经济的发展,电力需求快速增加,燃煤锅炉不断扩建,用煤量显著增加, 氮氧化物(NOx)将会对大气环境造成严重危害。前排放标准要求控制在450mg/m3，因此控制燃煤锅炉的氮氧化物(NOx)的排放意义重大。本文就降低氮氧化物排放的燃烧技术进行分析和探讨。
1 控制和降低氮氧化物的产生的方法
2.1氮氧化物控制与去除方式：对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说，一般采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
2.2热力型NOx是燃烧时空气中的N2 和O2 在高温下生成的NOx，产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性；然后是高的氧浓度，要减少热力型NOx的生成。
2.3 一般情况下在保证锅炉燃烧安全的前提下，采取以下措施来减少氮氧化物的生成：低过量空气燃烧； 空气分级燃烧；燃料分级燃烧(也称再燃法)；烟气再循环；浓淡燃烧；低NOx燃烧器。
从NOx的生成机理看,占NOx绝大部分的燃料型NOx在煤粉着火阶段生成。因此,通过特殊设计结构的燃烧器以及通过改变燃烧器的风煤比例,在燃烧器着火区的燃烧过程达到空气分级、燃料分级或烟气再循环法的效果,以降低着火区氧的浓度,从而降低着火区的温度达到抑制NOx生成的目的。对煤粉锅炉来说,煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备，不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛的，而且煤粉燃烧所需要的空气也是通过燃烧器送入炉膛的，煤粉气流的着火过程炉膛中的空气动力和燃烧工况主要是通过燃烧器的结构及其在炉膛上的布置来组织的。因此从燃烧的角度看燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要的作用。
由于低NOX燃烧器能在煤粉的着火阶段就拟制NOx的生成，可以达到更低的NOx排放值，因此低NOx燃烧器得到了广泛的开发和应用，世界各国的大锅炉公司为使其锅炉产品能满足日益严格的NOX排放标准的要求分别发展了不同类型的低NOx燃烧器，根据所采取的措施的不同各种不同类型的低NOx，燃烧器可以达到的NOx，降低率一般在30%—60%。
尽管低NOx燃烧技术具有系统简单、操作便易、投资少的优点,但在一般情况下其最多只能降低NOx排放量的50%。
3 对燃煤锅炉进行降氮氧化物燃烧调整的实验情况和结论
图1 锅炉燃烧器喷口布置图
盘山电厂#4机2002年投产，锅炉为哈尔滨锅炉厂HG-2023/17.6-YM4型锅炉。亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、Π型布置、控制循环汽包炉。采用三分仓回转式空气预热器，平衡通风，摆动式燃烧器四角切圆燃烧。燃烧器(如图1所示)共布置22 层喷口，包括有6层一次风喷口，4层油配风喷口，2 层OFA反切风喷口，10 层二次风喷口、喷口均布置有周界风；锅炉没有设计烟气再循环。机组的排量限制有氮氧化物(NOx )=450mg/Nm3,机组采用燃尽风技术的低氮氧化物(NOx)燃烧系统，锅炉使用国产次烟煤，为了满足即将实行的级别更高对机组氮氧化物(NOx )排量的限制，我们进行了降低氮氧化物(NOx)排量的实验(如图2)，在机组额定工况时，通过改变过剩O2量，每1%的变化，NOx排量改变50 mg/Nm3，OFA调风器开口在15-80%可操作范围内，NOx排量改变大约50mg/Nm3，以及风箱高炉压差在压差范围内每0.1kPa的改变，NOx排量改变大约20mg/Nm3，研究发现锅炉风量和总烟气量对NOx的影响较大，燃烧摆动对NOx的影响中等。另外，尽可能从一开始偏置第二台磨，将会使NOx排量水平额外降低20 mg/Nm3。根据我厂设备情况在不改造设备的条件下并结合实验数据总结出如下锅炉燃烧调整方法控制和降低NOx：
1. 采取空气分级燃烧降低NOX的含量;
2. 在保证气温的同时降低火焰中心；
3. 二次风配风调整为倒梯形，开大上部辅助风门，开大顶部反切风门OFA1/2，F磨辅助风门大于30%（F磨运行时，辅助风门大于50%、反切风门开度在60%以上）；
4. 在保证锅炉氧量和锅炉飞灰不增加的同时，减小送风风量；
5. 加大下层煤粉浓度，局部形成低氧燃烧；
6. 采取低过量空气燃烧降低NOX的含量。当NOX含量上升较快或超标时，可采取适当降低总风量的措施延缓NOx的生成
在确保燃烧安全的情况下同时采用上面方法来控制氮氧化物，既兼顾了锅炉运行的经济性，又在在降低NOx方面取得了比较明显的效果。同负荷和同种煤种的前提下，调整后燃烧比前NOx降低了20%左右。
4 结束语
氮氧化物排放造成的污染越来越严重,随着我国新大气排放标准的颁布实施,对燃煤电厂以及其他途径NOx排放已提出更加严格的要求。为了减少氮氧化物对大气的污染,一方面要改进燃烧技术,控制其生成,另一方面要加强烟气净化治理。降低NOx排放,减少环境污染,是国民经济和社会可持续发展的利国利民的大事。本文探讨和分析的降低氮氧化物排放的燃烧技术,通过实践证明是成熟、有效的,可以在我国燃煤电厂推廣应用。
参考文献
[1]毛健雄 毛健权 赵树民等 煤的清洁燃烧 北京科学出版社1998,P90-96
[2]还博文 锅炉燃烧理论与应用 上海交通大学出版社 1999.9,P130
[3]钟北京 杨静 傅维标.煤的挥发份组分对NOx 和SOx 排放的影响[J].燃烧科学与技术1998 4
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。