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;方法;降低
中图分类号 X51文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)11-0069-02
1 重要性和产生的原因
氮氧化物(NOX)是锅炉排放气体中的有害物之一。燃煤锅炉在1996年国家要求控制在650mg/m3,而2004年第3时段排放标准进一步提高要求控制在450 mg/m3;所以对于我们燃煤机组的火电厂热电厂减少NOX的排放迫在眉睫。
在燃烧过程中, NOX生成的途径有3条:
1)热力型NOX:是空气中氮在高温(1 400℃以上)下氧化产生;
2)快速型NOX:是由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基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NOx;
3)燃料型NOX:是燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成的NOx,称为燃料型NOx。
2 降低的方法
对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说,也就是采用低氮燃烧技术来减少NOX的生成机会。
1)在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOX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,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
使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过量氧的减少,可以抑制NOX的生成。这是一种最简单的降低NOX排放的方法。一般可降低NOX排放15~20%。但如炉内氧浓度过低(3%以下),会增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳量增加,使锅炉燃烧效率下降。因此,在锅炉运行时,应选取最合理的过量空气系数。
(2)空气分级燃烧
基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成,采用倒三角的配风方式。在第一阶段预燃阶段,将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少(相当于理论空气量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α<1,因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此,不但延迟了燃烧过程,而且在还原性气氛中降低了生成NOX的反应率,抑制了NOX在这一燃烧中的生成量。第二阶段燃烬阶段,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二次风喷口送入炉膛,与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合,在α>1的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小,抑制NOX的生成效果越好,但不完全燃烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此,为保证既能减少NOX的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性,必须正确组织空气分级燃烧过程。
(3)燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的NO遇到烃根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α>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α<1的条件下形成很强的还原性气氛,使得在一级燃烧区中生成的NOX在二级燃烧区(再燃区)内被还原成氮分子,送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料,或称再燃燃料。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一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)试验情况
我厂设备实际情况,锅炉为东方锅炉厂DG670/13.7-19型,其燃烧器采用百叶窗式水平浓淡燃烧器如右图所示;燃烧器共布置14层喷口,包括有4 层一次风喷口(A、B、C、D层),2层3次风喷口,1层顶二次风喷口,7层二次风喷口1、3次风喷口均布置有周界风;锅炉没有设计烟气再循环。
根据我厂设备情况在不改造设备的条件下并结合上述方法,确保安全燃烧同时采用降低氧量、加大下层煤粉浓度、采用倒三角配风来控制氮氧化物,并兼顾了锅炉运行的经济性,在同负荷和同种煤种的前提下,试验前后燃烧比较NOx降低了22%左右;试验证明采用低氮燃烧技术在降低NOx方面取得了比较明显的效果。
3 结论
在没有低氮燃烧器和脱氮设备的燃煤电厂用低氮燃烧技术在降低NOx的排放会起到很好的效果;所以,在日常运行中要提高我们的运行水平,在保证安全燃烧的前提下采用低氮燃烧技术会取得很好的经济效益。
参考文献
[1]任剑锋,等.大气中氮氧化物的污染与防治[J].科技情报开发与经济,2003(5):92-93.
[2]赵宗彬,陈皓侃.煤燃烧过程中NOx的生成和还原[J].煤炭转化,1999,22(4).
[3]吴载群.低氮燃烧技术在黄埔发电厂的应用[J].科技资讯,2008(30).