【浅析】如何控制烟气中氮氧化物含量

       燃烧过程中产生的NOX其中燃料型NOX占总生成量的60%—80%，最高可达90%，热力型NOX在温度足够高时可达20%，快速型NOX占的比例最小。燃料型NOX是燃料中的含氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化而成的。由于煤中含氮有机化合物的C—N较空气中N≡N的键能小得多，更易形成NO。燃料中的有机氮首先被热分解成HCN、NH3及CN等中间产物随挥发分一起析出，即所谓挥发份N，然后再被氧化成NO。在通常的燃烧温度1200—1350℃，燃料中70%—90%的氮成为挥发份N，由此形成的NO占燃料型NO的60%—80%。热力型NOX是由空气中的氮气高温氧化而成。NOX的生成与氧原子的存在成正比，反应速度随温度的升高而加速，当煤粉炉中的温度升至1600℃时，热力型NOX可占到炉内NOX总量的25%—30%，这就是液态排渣炉的NOX固态排渣炉高的原因。对固态排渣炉，应尽可能地缩短烟气在高温区的停留时间，以抑制热力型NOX的生成。

    通过对本厂两台锅炉的现场长期观察及调整实践，现就引起烟气中氮氧化物含量超标的原因进行分析如下：

1、煤质变化对烟气中氮氧化物的影响

    煤中挥发份含量、氮含量、燃料比（固定碳/挥发分）及碳/氢比等都对NOx的生成量有影响。煤质变化是影响烟气中氮氧化物含量的主要因素，燃料本身所含的氮的有机物在高温下释放出氮和氧化合生成氮氧化物，煤质的不同，生成的氮氧化物含量也不同，按煤种分，挥发份高的褐煤与烟煤燃烧不易生成氮氧化物，而贫煤在燃烧中极易生成氮氧化物。我厂煤源较多，煤质变化较大，在经过掺烧后，煤质波动加大，严重影响对氮氧化物的控制，造成烟气中氮氧化物超标。

2、燃尽风挡板开度对烟气中氮氧化物的影响

    本厂锅炉炉膛分两级燃烧区，在第一级燃烧区，从主燃烧器供入炉膛总燃烧空气量的70%～75%（相当于理论空气量的80%左右），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。在第一级燃烧区内过量空气系数α<1，从而降低了第一级燃烧区的燃烧速度和温度水平。由于是缺氧的富燃料燃烧，不但延迟了燃烧过程，而且使燃料在还原性气氛中燃烧，燃烧生成CO，燃料中的氮将分解生成HN、HCH、CN、NH3和NH2等，它们相互复合或将已有NOx还原分解，因而抑制了燃料NOx的生成。同时由于降低了火焰的峰值温度，从而也降低了热力NOx的生成量。为了完成全部燃烧过程，*燃烧所需的其余空气则在燃尽风层送入，即第二级燃烧区，使燃料进入空气过剩区域燃尽。虽然这时空气量多，但由于火焰温度较低，所以在第二级燃烧区内也不利于NOx的生成。我厂两台炉氮氧化物超标大多都发生在机组负荷较低的工况下，由于低负荷时锅炉的氧量较大，为降低机组氧量，确保锅炉燃烧稳定，低负荷时的燃尽风挡板开度一般都控制的比较小，这样虽增加的了燃烧器喷口处有足够的空气助燃，使燃烧器出口处燃烧稳定，磨煤机煤火检稳定。但由于燃烧区域氧浓度增加，燃烧的火焰温度也较高，从而使热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成量增加，因此总的氮氧化物排放量增加。

3、机组负荷对烟气中氮氧化物的影响

    我厂两台炉氮氧化物超标大都发生在机组负荷较低或降负荷较快时的工况下，由于低负荷时的锅炉风煤比增大，氧量增大，也使烟气的氮氧化物排放超标。机组降负荷较快时也易使锅炉短时间内氧量增加过快，增加烟气中的氮氧化物含量。

4、锅炉氧量对烟气中氮氧化物的影响

    使燃烧过程的过剩空气量尽可能地接近理论空气量，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制热力的生成，是一种较简单地降低NOx排放的方法。一般来说，采用低氧燃烧可以降低排放的15%～20%。锅炉氧量增加，使炉内燃烧区域的供氧量加强，燃烧强度加强，炉膛火焰温度升高，热力型氮氧化物的生成量增大。另外，燃烧区域氧浓度增加，为燃料中的氮化合物燃烧时的热分解产物进一步氧化成氮氧化物提供了条件，从而使燃料型氮氧化物的生成量也增大。

5、锅炉燃烧方式对烟气中氮氧化物的影响

    合理的磨煤机运行方式对锅炉的燃烧影响较大，没有对冲燃烧的磨煤机的煤粉进入炉膛后，由于对侧没有燃烧的煤粉助燃，使进入锅炉的煤粉不能充分燃烧，相应增加了烟气中的氮氧化物含量。

    根据以上对影响烟气中氮氧化物含量因素的分析，煤质变化对烟气中氮氧化物的影响较大，烟气中氮氧化物含量超标多发生在低负荷时，通过优化燃烧方式和调节氧量均能控制氮氧化物，在进行运行调节时加强对燃尽风的调整也可以明显降低烟气中的氮氧化物

在对各类原因分析之后，集控专业针对各影响因素进行多次分析讨论，对可控制与调节的项目制定对策如下。

6、 控制烟气排放的氮氧化物含量方法及氮氧化物超标时的调节方法

（1）通过配煤，保证煤质的挥发份含量；

（2）采用合理的磨煤机运行方式，在300MW左右时，尽量运行A、F、B、D磨煤机，并控制单台磨煤机的煤量在合理的范围内，使进入锅炉的煤粉能充分燃烬；

（3）氮氧化物超标多发生在300MW左右的低负荷时，在此工况下燃尽风挡板开度对氮氧化物影响较大，当燃尽风挡板全关时氮氧化物含量升高较快，保留燃尽风开度在30%以上，烟气中氮氧化物含量降低较明显。因此在低负荷时，应保留燃尽风挡板开度至少在30%以上；

（4）机组在300MW左右时，锅炉氧量控制在5.0左右，此时的氮氧化物含量较高，在通过降低送风量使锅炉氧量降至4.5左右时，氮氧化物含量降低较明显，通过就地取不同氧量时的飞灰比较，目测飞灰含碳量没有明显变化，因此在低负荷时，可适当下调锅炉氧量0.5左右。