火电机组氮氧化物控制分析郝松

火电机组氮氧化物控制分析郝松

郝松

（阜阳华润电力有限公司安徽阜阳236158）

摘要：氮氧化物是大气主要污染物之一，是造成酸雨、光化学污染等的主要成因之一。由于煤在燃烧过程中产生大量的NOX，火电厂锅炉成为氮氧化物排放的主要来源。本文通过对火电机组的氮氧化物生成机理和控制方法等进行简要论述，并总结机组运行中的常用调整方法。

关键词：环保；氮氧化物；锅炉

大气污染物中的NOX有90%以上来自于煤、石油和天然气的燃烧过程，其中有70%来自于煤的燃烧过程。煤燃烧产生的氮氧化物（NO、NO2和N2O，统称NOX）是大气污染物的主要来源之一。在火电厂燃煤锅炉产生的氮氧化物中，绝大多数为NO，占到总量的90%以上，极少数为N2O和NO2，约占总量的10%以下。NOX不仅会直接危害人体健康，还会导致酸雨形成和造成大气温室效应。

一、氮氧化物的生成机理

电厂燃煤锅炉是排放氮氧化物的主要来源，煤粉燃烧过程中产生的NOX包括很多成分，其中含量最多的是NO和NO2。其中NO含量占到总含量的95%左右，NO2占到5%左右，并且这一小部分的NO2是NO发生氧化反应的产物。根据生成NOX的机理不同，可将NOX分为三类：热力型NOX、快速型NOX和燃料型NOX。

1、热力型NOX。热力型NOX是指空气中的氮气在超过1300℃的环境下发生氧化反应而形成的。最早发现热力型NOX的是前苏联的捷里道维奇，他在上世纪四十年代提出了其具体的生成来源。在三种类型的NOX中，热力型NOX所占的比例比较小，仅为5%左右。生成热力型NOX的反应过程表示如下：

二、控制氮氧化物排放的应用方法

1、空气分级燃烧技术。空气分级燃烧技术应用广泛，它最早是由美国的一家上市公司在50年代研发出来的一种新型技术，它是指将燃烧所需的空气分为两级送入锅炉炉膛进行燃烧。在第一阶段，送入燃烧所需理论空气量的80%左右，使得主燃烧区域的过量空气系数小于1，使得燃料能够在氧气不足而燃料充足的状态下进行燃烧。

2、燃料分级燃烧技术。燃料分级燃烧技术通过反应过程中生成的还原性产物来实现还原已经生成的氮氧化物。首先将燃烧所需的85%~90%的燃料通过一次风的形式送入主燃区，使得燃料在氧气充足的条件下进行燃烧。然后将燃烧所需剩余的10%~15%的燃料送入再燃区，此时燃料的燃烧是在富燃料而缺少氧气的环境下进行，在此区域内为还原性气氛，因此会生成一系列还原剂，这些还原剂与反应过程中生成的NO进行反应

3、低过量空气系数燃烧技术。低过量空气系数燃烧技术是指在燃料燃烧过程中通过控制过量空气系数的方式来降低NOX的排放量，又称为低氧燃烧技术。

4、浓淡偏差燃烧技术。浓淡偏差燃烧技术是一种通过浓淡分离装置将煤粉气流分为两股，分别为浓煤粉气流和淡煤粉气流，然后再进行分级燃烧的技术。

5、烟气再循环技术。烟气再循环技术是利用从锅炉尾部排出的温度比较低的一部分烟气来降低炉膛燃烧温度，从而起到降低NOX生成的一种低氮燃烧技术。烟气再循环技术用风扇将空气预热器之前的低温烟气抽出，然后将抽出的这部分温度比较低烟气送入炉膛，或者与一二次风混合，从而降低了燃烧过程中的燃烧温度，并且使得炉膛中的氧气浓度下降，炉膛呈现还原性气氛，起到了抑制NOX生成的作用。

6、低NOX燃烧器技术。低NOX燃烧器技术是指通过改变燃烧器各个组成部件的结构以及燃烧器的配风方式等来改变其性能的一种技术。通过采用特殊设计的燃烧器来实现降低NOX生成量的效果，并且能够提高锅炉的燃烧效果。

7、烟气脱硝技术。尾部烟气脱硝技术是燃烧结束以后将已经生成的NOX在尾部氧化、还原或者吸附,从而避免过多的NOX排入大气造成污染。烟气脱硝是目前世界上发达国家普遍采用的减少NOX排放的方法，烟气脱硝能达到很高的脱除效率，而其中应用较多的有选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。SCR技术是目前应用较普遍的烟气脱硝技术，其原理是以氨为还原剂，在一定温度和催化剂的作用下，将烟气中的NOX还原成N2。SCR反应器在锅炉烟道中的不同安装位置一般有三种，即高温高尘布置、高温低尘布置和冷段布置，其脱硝效率能够达到90%以上。SNCR脱硝工艺常采用氨水或尿素溶液作为还原剂，还原剂从锅炉烟气温度为850~1100℃的区域喷入，氨水蒸发（尿素溶液热解）后产生的氨与烟气中的NOX发生还原反应，生成N2和H20，达到脱硝的作用。SNCR脱硝效率可达到40%，其系统简单、建设成本低。

三、运行中氮氧化物控制策略

1、选用含N元素较低的燃煤。在燃料燃烧过程中，燃料型NOX的生成量与所用燃料中的N元素有关，一般情况下，所用燃料中的N元素越多，那么燃料型NOX所占的比例就越大，一般占到75%~90%。因此，火电厂燃煤选择含N元素较低的煤种，可以有效减少燃料型NOX的生成量。

2、低过量空气系数运行。从氮氧化物生成的反应方程式可以看出，燃料燃烧过程中氧气浓度的高低直接影响燃料型NOX的生成量。在燃烧过程中，控制过量空气系数，减少氧气的浓度，使燃料在氧气不足的状态下进行燃烧，营造还原性气氛使得NO得到还原，从而减少NOX的生成。

3、推迟煤粉与氧气的混合时间。通过调节燃烧器的旋流强度和风量等，推迟煤粉气流与二次风的混合时间，使浓煤粉在还原性气氛下进行燃烧，以降低NOx的生成量。

4、控制炉膛温度。热力型的NOx主要在1500℃以上的环境下生成，且温度每提高100℃热力型NOx的生成约提高6倍，因此，选择挥发份较高的煤种，使煤粉着火点提前且尽快燃尽，可以降低炉膛整体温度，对抑制热力型NOx的生成起到一定作用。

5、维持较高的燃尽风率。高燃尽风率可以降低炉膛内的过量空气系数，使炉膛内的氧气含量下降。采用合适的燃尽风率是合理达到空气分级燃烧技术目的的关键，起到最大程度的减少NOx生成量的作用。目前，采用低氮燃烧技术来降低NOx排放量的锅炉机组，燃尽风率一般为25%~30%。

四、事故处理中氮氧化物控制策略

机组运行中发生突发事件氮氧化物排放突增时，需要安排专人对NOx进行监视和调整，发现NOx排放有升高现象时及时进行从以下几个方面进行调整：1、加大脱硝系统的还原剂喷入量，快速降低净烟气的NOx排值。2、降低送风量，即降低炉膛内氧气量，抑制NOx生成。3、对于掺烧磨煤机应将含N元素高的煤种减到最小。4、适当降低机组负荷，减少烟气量以使脱硝系统满足NOx排放需求。

五、总结

随着国家对环保的重视，氮氧化物排放控制也随之要求更高。火电厂作为氮氧化物的排放主要来源，要从设计、改造、运行等多方面进行改进，有效的降低氮氧化物排放浓度，以响应国家节能减排的号召。

参考文献：

[1]陈镇超.基于尿素还原剂的选择性非催化还原高效脱硝技术的实验研究[D].杭州:浙江大学,2012:1-6．

[2]林楚.邓建玲:实现“双超”目标推动火电可持续发展[N].机电商报,2015-08-03(A02)．

[3]刘霞.400t/h四角切圆煤粉炉分级燃烧技术降低NOx排放的研究与数值模拟[D].南京:东南大学,2004:1-2．

[4]杨延龙.火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术浅析[J].能源环境保护,2017,31(02):31-35+39.