超临界机组低负荷降低氮氧化物生成.doc

超临界机组低负荷降低氮氧化物生成摘要:在电厂600MW机组四角切圆燃烧锅炉改变燃烧方式，主要 改变现有的磨煤机运行方式来完成降低低NOx生成量，降低喷氨量 机组低负荷期间喷氨量过大，空气预热器排烟温度过低，氨气与水蒸 气凝结在空预器换热板上，吸附烟气中飞灰颗粒，容易造成空预器堵 塞，调整二次风门和燃尽风门开度以及改变制粉系统运行方式低负荷 降低氮氧化物生成，喷氨量减少，有效避免造成空预器堵塞通过对 改变燃烧方式前后锅炉排放NOx的浓度进行深入对比和分析，最终 结果表明，改变锅炉燃烧方式对锅炉所排放的NOx浓度降低作用显 著，当机组运行负荷降低至350MW时，锅炉的NOx的排放浓度降低 将近一半，而经过深入分析发现对锅炉NOx排放浓度产生影响的因 素主要为SOFA风量、辅助风门开度以及二次风箱和炉膛差压等关键词:四角切圆燃烧；锅炉；低NOx燃烧改造；运行调整一、引言：随着社会的不断发展，各界对于火力发电厂产生的大 气污染重视程度正在不断提升，更受到了各国政府部门的极大重视 在此背景之下，我国已经制定了相关污染物排放控制准则，在最新建 设的火力发电厂中，已经全部使用了脱硫、脱硝装置，最终实现NOx 排放物浓度降低的基本目标。

由于早期建成的火力发电站中的锅炉对 于NOx控制的技术较为落后，最终所产生的NOx的排放物浓度大大 超标，在后期改造过程中受到现场相关条件以及成本的限制，对于脱 硝装置的安装和改造的难度大大提升，因此当前低NOx燃烧技术已 经成为了当前火力发电站控制NOx排放物的第一选择1. 氮氧化物的生成机理有三种：（1） 热力型（也称温度型），是指空气中的氮在超过1500C的 高温下发生氧化反应，温度越高，NOx的生成量越多如果局部区域 的火焰温度很高，将产生大量NOx,这部分NOx占NOx总量的 10%-20%,要减少温度型NOx,就要求燃烧处于较低的燃烧水平，同 时要求燃烧中心各处的火焰温度分布均匀2） 燃料型，是指燃料中的氮受热分解和氧化生成NOx主要指 挥发分中的氮化合物生成NOx,其占NOx总量的80%-90%,这部分 NOx在燃烧器出口处的火焰中心生成由于大部分煤粒中的挥发分在 30~50ms内析出，当煤粉气流的速度为10〜15m/s时，挥发分析出 的行程小于lmo要控制该区域中的Nox的生成量，就应控制燃料着 火初期的过量空气系数，使煤粉在开始着火阶段处于缺氧状态，挥发 分生成的一部分NOx被还原，这样实际生成的NOx数量可以明显减 少。

3） 快速型（也称快速温度型），是指空气中的氮和碳氢燃料先 在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速与氧反应，生 成NOx这部分NOx占NOx总量的5%o因此主要采取有效措施控制燃料型及热力型NOx的生成，从而 达到降低NOx排放量三、 降低NOx的通用措施1、在燃用挥发分较高的烟煤时，燃料型NO X含量较多，快 速型NOX极少燃料型NOX是空气中的氧与煤中氮元素热解产物 发生反应生成NOX ,燃料中氮并非全部转变为NOX ,它存在一个 转换率，降低此转换率控制NOX排放总量，可采取:（1） 减少燃烧的过量空气系数；（2） 控制燃料与空气的前期混合；（3） 提高入炉的局部燃料浓度2、热力型NOx ：是燃烧时空气中的N2和02在高温下生成 的N0 X ,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，可采取:（1） 减少燃烧最高温度区域范围；（2） 降低锅炉燃烧的峰值温度；（3） 降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度具体来说，就是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：（1） 低过量空气燃烧：低氧燃烧，运行中控制氧量3%左右运行（2） 空气分级燃烧：空气分级燃烧是将燃烧过程分阶段完成。

第一阶段：将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总空气量的 70%-80%,相当于理论空气量的80%,此时过量空气系数a <1,使 燃料先在缺氧条件下燃烧，在还原性气氛中降低的Nox的反应速率, 抑制了在这一燃烧区中的生成量第二阶段：为了完成全部燃烧过程, 完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷 口 SOFA （over fire air）…称为“燃尽风“（俗称火上风）喷口送入炉膛， 与第一级燃烧区在”贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在a >1的 条件下完成全部燃烧过程燃烧器改造后，燃尽高度为14m,较改造 前增加1.6m,火焰中心位置有所提高，烟温，汽温升高3）燃料分级燃烧：所有一次风设计喷口为上下浓淡分离形式, 中间加装较大的稳燃钝体形式，浓淡燃烧除可降低NOx夕卜，还可对 煤粉稳燃、提前着火有积极作用同时钝体能优先增加卷吸的高温烟 气量，进一步强化稳燃在燃烧中已生成的NO遇到桂根CHi和未 完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应， 重新还原为N2利用这一原理，将主要燃料送入第一级燃烧区， 在a >1条件下，燃烧并生成NOX,送入一级燃烧区的燃料称为一次 燃料，其余15-20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区， 在a

在再燃区中不仅使得已 生成的NOX得到还原,还抑制了新的NOX的生成，可使NOX的 排放浓度进一步降低在采用燃料分级燃烧时，为了有效地降低NOX 排放，再燃区是关键因此，需要研究在再燃区中影响NOx浓度 值的因素4）烟气再循环目前使用较多的还有烟气再循环法，它是在锅炉的空气预热器前 抽取…部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送 入炉内，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降 低了 NOX的排放浓度但是，在现有设备没再循环就得进行设备 改造，还是进行经济性和安全性比较后才能实施5) 低Nox燃烧器：本厂采用的双尺度低NOx燃烧技术四、 在低负荷期间将改变燃烧方式降低低Nox含量保持四台磨煤机运行方式所获得的实验结果：当机组运行负荷 340MW时，锅炉所排放的NOx的浓度基本维持在302mg/m当上 层磨煤机进行运行时，炉膛火焰中心将会上移，还原区高度也会随之 降低，NOx的排放浓度也会随着增加保持三台磨煤机运行方式所获得的实验结果：当机组负荷低于 340MW时，炉所排放的NOx的浓度基本维持在189mg/m,产生该种 现象的主要原因是机组负荷过低，三台磨煤机运行时锅炉燃烧充分, 炉膛截面热负荷高，炉膛火焰的中心将会整体下移，还原区的基本高 度也会随之增加，而NOx的排放浓度也会逐渐降低，喷氨量减小， 减小氨气与水蒸气凝结在空预器换热板上的浓度，降低吸附烟气中飞 灰颗粒的概率，有效避免造成空预器堵塞。

五、 降低氮氧化物的运行中的实际措施煤粒在炉内的燃烧过程可以分成三个阶段：初始阶段，温度低, 反应十分缓慢；挥发分析出着火燃烧阶段，温度急剧升高；焦炭燃尽 阶段，氧气浓度减少，氧化反应减慢三个阶段的NOx的生成或分 解反应有所不同：第一阶段，NOx的生成或分解都很少；第二阶段, 温度很高，浓度过大，NOx的生成和分解都进行的很快，但NOx的 生成反应要快得多，因而NOx浓度急剧增加，也有部分NOx转变成 N2,当炉温达到最高值时，NOx浓度也达到最大值；第三阶段，进人 焦炭燃尽阶段，氧浓度减少，这时虽然不断的生成焦炭NOx,但是, 已经生成的NOx中有部分被焦炭还原分解生成N,而逐渐减少因此 减少燃烧初期氧的供入可降低氮氧化物而在正常运行中我们发现二次风门倒三角配风方式NOx排放量 最低，而正三角配风方式NOx排放量最高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；在燃烧器上部SOFA燃尽区域送入过量的空气，有助于燃料燃 尽，这种配风方式飞灰可燃物是最低的，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SOFA挡板的投入确实 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因此可采取以下措施：（1） 低氧燃烧，兼顾汽温，不完全燃烧损失（2） 采用倒三角配风方式，使燃烧初期的氧量尽量降低，即关 小下层二次风（3）关小煤粉层的周界风，可减少燃烧初期氧的供入，但必须保证燃尽风全开保证效率(4) 停运磨煤机后保证较低的氧量，风压可较停磨之前降低0.2Kpa左右，保证入口氮氧化物与停磨前持平(5) 参照总排口 NOx值勤调整喷氨量，与脱硫做好联系工作(6) 监视好SCR运行参数，做好定期工作，防止反应层堵或催化剂失效，若参数失灵及时联系检修或第三方人员处理，并做好记录(7) 汽温允许的情况下可稍加大上层转速可降低氮氧化物六、SOFA风门开度、辅助风风门开度、氧量控制对降低氮氧化物的运行调整1. SOFA的风门开度调整在锅炉排放物质控制过程中主要借助氮氧化物生成以及抑制机 理，而燃烧区域的还原性气氛强烈程度以及范围的大小将会亡接影响 最终NOx排放物的基本浓度。

基于此，SOFA风量越大，燃烧器区域 的还原性越强，最终所形成的NOx浓度也会越低随着SOFA风门开度的增加，燃尽风的输送风量会不断增加，从 而降低锅炉的NOx排放浓度，另外，随着SOFA风门开度的不断增加， 反切风量也在不断增加，炉膛出口部位的旋转残余因素将会不断减弱, 最终实现低温过热器左右侧烟温的趋近在上述基础上，伴随着SOFA风门开度的增加，主燃烧区域的过 量空气系数会不断减少，从而使得煤粉燃烧不断向后推移，炉膛火焰 的中心线不断上移，锅炉过热器的减温水流将会增加经过大量实践 发现,SOFA风量增加将会使得锅炉的飞灰含碳量不断上升，而SOFA 风量越大，则主燃烧器的空气量相对减少，进而使得主燃烧区域缺氧 进一步加剧，煤粉不完全燃烧的可能性进一步增加，虽然炉膛上部会 形成气流对下部缺氧现象形成补充作用，但是依然不能完全弥补下部 存在的缺氧问题，因此SOFA风量增加会使得飞灰含量不断增大2. 对辅助风门开度进行调整随着辅助性风门开度的增大，二次风箱和炉膛存在的差压不断降 低，而SOFA的风量也在不断降低，最终使得锅炉排放的NOx浓度会 不断增加当机组负荷达到400MW并且磨煤机A、B、C、D同时运行时，而SOFA 在开2层的情况下，辅助性风门开度将会从40%增加到50%,而此时 锅炉所产生的NOx排放浓度会从317mg/m3增加到347mg/m3。

当机组负荷为580MW并且磨煤机A、B、C、D、E同时运行时，伴随 着辅助风门开度的增加，二次风箱和炉膛的差压将会不断降低，SOFA 风量将会不断减小，进而增加NOx排放物的排放难度3对运行氧量的调整在600MW负荷运行背景下，相同的SOFA风门开度，炉膛出口 部分的氧量差异将会使得最终产生的NOx排放浓度也会存在差异， 其中炉膛出口部位的含氧量越低，锅炉的NOx排放浓度将会越低 而NOx的形成以及煤粉的燃尽不但和煤粉着火区域的烟气氛有极大 关联，与燃烧器存在区域的风量还存在极大关联，当该区域的风量减 少之后，该区域将会形成还原性烟气氛围，从而使得煤粉着火，最终 推迟燃烧，对。