NOX控制原理及实际应用

吴昊

国家能源集团谏壁发电厂 江苏镇江 212000

摘要：该发电厂1000MW超超临界燃煤机组锅炉为上海锅炉厂设计制造，单炉膛塔式布置、一次中间再热、四角切圆燃烧、双送风机、双一次风机、双汽动引风机、六台磨煤机。对大容量燃煤机组来说，切向燃烧技术具有 NOx 排放量低的固有特点。在利用分段燃烧方法发展先进的低 NOx 控制技术时，切向燃烧过程一直是个有利的因素。

一、控制原理

选择性催化还原烟气脱氮法的主要反应是在一定的温度和催化剂的作用下，氨气与烟气中的NOx 反应生成对空气无害的氮气和水汽，目前喷氨调整器以控制烟囱侧出口Nox浓度为目标进行自动调整，一般情况下自动均能有效调节。

燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而生成的NOx。燃料进入炉膛被加热后，燃

料中的氮有机化合物首先被热分解成氰(HCN)、氨(NH4)和CN 等中间产物，它们随挥发份

一起从燃料中析出，它们被称为挥发份N。挥发份N 析出后仍残留在燃料中的氮化合物，被称为焦炭N。随着炉膛温度的升高及煤粉细度的减小，挥发份N 的比例增大，焦炭N 的比例减小。挥发份N 中的主要氮化合物是HCN 和NH3，它们遇到氧后，HCN首先氧化成NCO，NCO在氧化性环境中会进一步氧化成NO，如在还原性环境中，NCO 则会生成NH，NH 在氧化性环境中进一步氧化成NO，同时又能与生成的NO 进行还原反应，使NO 还原成N2，成为NO的还原剂。

由氮氧化物（NOx）形成原因可知对NOx 的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过

量空气量。低NOx燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量（高温、富氧这两个条件都满足后，NOX产量多），以达到阻止NOx生成。及降低其排放的目的。

二、设备选择

本工程烟气脱硝采用选择性催化还原（SCR）脱硝工艺，一炉两个反应器，液氨卸料、储存、蒸发等为公用系统。烟气脱硝系统包括：

1.烟气系统

烟气系统是指从锅炉尾部低温省煤器下部引出口至 SCR 反应器本体入口、SCR 反应器本体出口至回转式空预器入口、回转式空预器出口至布袋除尘器进口之间的连接烟道。烟道壁厚按 6mm 设计。

为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，特别考虑了烟道系统的热膨胀，热膨胀通过膨胀节进行补偿。所有烟道将在适当位置配有足够数量和大小的人孔门和清灰孔，以便于烟道的维修和检查以及清除积灰。烟道将在适当位置配有足够数量测试孔。

2.SCR 反应器

脱硝系统按双烟道双 SCR 反应器形式设计， 单个 SCR 反应器尺寸按锅炉 50%BMCR 工况下烟气量的要求设计，以保证脱硝系统满足锅炉各种负荷工况烟气量的要求，设计温度按 430℃考虑，设计压力按±5800Pa 考虑，设计瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。反应器布置在锅炉第二烟道下游，每个空预器的上方。SCR 反应器内的烟气竖直向下流动，反应器进出口段合理设置导流板，入口处设气流均布整流装置，以保证催化剂对烟气分布、温度分布等的要求。反应器内部考虑防磨措施。

3.催化剂

催化剂及其反应器是 SCR 系统中的主要设备，其成份、结构、寿命及相关参数直接影响 SCR 系统的脱硝效率和运行时间。

4.吹灰系统

根据本工程灰份高的特性，设置吹灰器，采用声波式吹灰系统，声波吹灰器的频率为

75HZ，有效辐射范围为 13 米，内部能量输出水平为 147dB，外部噪音水平为 85dB，建议

的吹扫频率为 10 秒/10 分钟，每个反应器从最上层开始吹扫，每层的两个吹灰器同时动作。

5.氨的空气稀释和喷射系统

每台锅炉设两台 100%容量的离心式稀释风机，一用一备。设二套氨/空气混合系统。分别用于两台 SCR 反应器的氨与空气的混合。氨喷射系统由数根喷管构成，每根喷管上有大量喷嘴将氨/空气混合物喷入烟道，并混合氨/空气混合物和烟气，使通过烟道的 NH3/NOx 比率分布均匀。喷射的平均速度为 60m/s。由氨/空气混合系统来的混合气体喷入位于烟道内的涡流混合器处，在注入涡流混合器前将设手动调节阀和流量指示器，在系统投运时可根据烟道进出口检测出的 NOx 浓度来调节氨的分配量，调节结束后可基本不再调整。

三、控制调整

燃烧温度控制主要控制的热力型Nox的生产，而燃烧型Nox的生成控制可以通过以下手段调整。

在正常运行中，有些工况Nox易超标，自动不易控制，此时需人为手动进行调整。

快速减负荷时：由于煤量大幅减少加之煤量超调原因，风量调整较慢，且热一次风自动未投，冷风自动还会开大，导致燃烧区域的空气量相对增多，此时可以关小热一次风门，注意观察各磨一次风量和一次风速情况，有余量的情况下手动降低一次风压偏置。

低负荷，且煤质较差时：低负荷高氧量，本身过量空气量相对较多，可适当降低氧量偏置，各机组的氧量控制限制分别旨在防止风机失速和加强燃烧缓解强结焦性煤种结焦。还可以采取提高喷氨压力，开大SOFA风开度的方法降低Nox（但此时可能二次风压本身已经较低）,可适当略微关小所有磨的二次风门，并降低燃烧器摆角。

启动磨煤机时，由于煤量的超调，过量空气系数短时间内相对偏多，Nox容易偏高，尤其是启动上层磨时，火焰中心相对上移，造成煤粉在缺氧环境中燃烧时间减少，还原反应减少造成Nox增多。

另外燃烧器上摆时，受火焰中心上移的影响，煤粉在缺氧环境中燃烧时间减少，Nox也容易超标。

参考文献

1、《1000MW机组集控运行规程》.国家能源集团.2020

2、《1000MW超超临界机组运行培训教材锅炉分册》.国家能源集团.2010