燃煤锅炉氮氧化物的生成与控制

任艳平

（通辽霍林河坑口发电有限责任公司内蒙古自治区霍林郭勒市029200）

摘要：通过对Nox生成量与锅炉燃烧参数的统计分析，总结得出脱硝SCR反应器出口氮氧化物的生成与控制因素。

关键词：SCR；系统；Nox生成量

经济的高速发展，也直接造成了环境污染加剧、生态环境日趋恶化、空气质量严重衰退的不良后果，这一系列问题都直接或间接威胁到人们的身体健康。因此，改善空气质量，提高空气质量指数，以保护人民群众身体健康已成为我国的重要议题。大气污染物种类有很多，其中氮氧化物（NOx）是几种最主要的大气污染物之一，空气中存在大量的氮氧化物，对人体和自然环境均会造成不同程度的危害。它主要来源于燃煤火力发电厂和汽车尾气等。

[正文]

霍林河坑口电厂脱硝系统已经投产四年多，经过四年多的运行调整实践，通过对NOx排放量、脱硝效率、尿素用量及燃烧参数的统计分析，总结得出脱硝SCR反应器入口Nox生成量的一些影响因素及控制方法。

1.锅炉氮氧化物的生成机理

氮氧化物的形成机理:煤炭燃烧过程中产生的NOX主要是一氧化氮和二氧化氮，此外，还有少量一氧化二氮，统称Nox。在Nox中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：

（a）热力型

燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。

O+N2→NO+NN+O2→NO+O

总反应式为：

N2+O2→2NO2NO+O2→2NO2

随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。

（b）瞬时反应型(快速型)

快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。

由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比，与温度的关系不大。

上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。

（c）燃料型Nox

由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。燃烧过程中二氧化硫的生成主要取决于燃料的含硫量，NOX的产生量与燃烧方式特别是燃烧温度和过剩空气系数等燃烧条件有关。一般情况下，煤炭燃烧过程中产生的NO中，主要是一氧化氮，其含量占氮氧化物产生量的95%，二氧化氮占5%左右，而一氧化二氮很少。助燃空气中的氮气，以氮氮三键（N≡N）的形式存在，其化学键能为945KJ/mol,在一般情况下比较稳定；燃料中的氮则以碳氮三键（C≡N）和碳氮单键（C－N）的形式存在，化学键能分别为791KJ/mol和450KJ/mol，燃料受热时，燃料中的氮比较容易分离释放出来。

2.燃煤锅炉运行中氮氧化物的影响因素及控制

2.1锅炉氧量对氮氧化物生成的影响

不同燃烧氧量对SCR反应器入口氮氧化物有不同的影响，锅炉燃烧氧量增大时SCR反应器入口氮氧化物增加，下表是不同负荷、不同氧量下SCR反应器入口氮氧化物的统计图：

可以看出随着锅炉燃烧氧量的增大，SCR反应器入口氮氧化物相应增加，喷氨量增加，氨逃逸也随之增加，所以在保证锅炉燃烧经济性的同时要尽量降低锅炉燃烧氧量。

2.2不同磨煤机组合方式对氮氧化物生成的影响

在相同氧量下，不同磨煤机组合方式对SCR反应器入口氮氧化物有不同影响，下图是不同负荷、相同氧量下不同磨煤机组合对SCR反应器入口氮氧化物的统计图：

由上表可以看出其它条件相同的情况下，运行下层磨煤机相当于延长了火焰长度，SCR反应器入口氮氧化物随之降低。

2.3不同的一次风粉浓度

氮氧化物的生成和一次风粉浓度有很大关系，下图是磨煤机煤量、风量与氮氧化物的生成统计图：

由上图可以看出，一次风粉浓度增大，氮氧化物生成量减小。

2.4燃烧器摆角

当燃烧器摆角向下摆动时，火焰中心下移，煤粉分级燃烧效果增强，氮氧化物生成量减少，相应反应时氨逃逸也降低。下表是400MW负荷下不同的燃烧器摆角脱硝试验数据统计：

试验表明，不同的燃烧器摆角对脱硝入口NOx和脱硝出口NH3氨逃逸会有不同的影响，燃烧器摆角向下摆动，会降低脱硝入口NOx含量。

2.5SOFA风量

合理使用SOFA风，根据锅炉燃烧情况及时调整SOFA风门。在其它工况相同的情况下，不同SOFA开度情况下，烟气中的氮氧化物生成量不同。下表是400MW负荷下不同SOFA风量的脱硝数据统计。

SOFA风对脱硝系统的影响

统计表明，不同的SOFA风量对脱硝入口NOx和脱硝出口NH3氨逃逸会有不同的影响。开大SOFA风门，增大SOFA风量，会降低脱硝入口NOx含量。

结束语

本文通过分析燃煤锅炉氮氧化物生成的一些影响因素，并在运行中加以实践，总结出一些调整经验和措施方法，以降低氮氧化物的生成。本文中难免有一些不成熟的观点需进一步探索和改进。

参考文献

[1]《火电厂脱硝技术》

[2]《SCR脱硝装置的应用》

[3]《坑口电厂集控运行规程》

作者简介

任艳平内蒙古，助理工程师，大学本科，热能动力工程，通辽霍林河坑口发电有限责任公司。