炉内空气分级燃烧降低氮氧化物的技术应用

杨军鹏

关键词：氮氧化物；锅炉烟气；分级燃烧

一、前言

氮氧化物的排放量中70％来自于煤炭的直接燃烧，燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2（被通称为NOx），在绝大多数燃烧方式中，产生的NO占9o％以上，其余为NO2。目前，控制氮氧化物排放的方法分为两大类：①低NOx燃烧技术--在燃烧过程中控制氮氧化物的生成；②烟气脱硝技术--使生成后的氮氧化物还原。

二、概述

燃烧过程生成的NOX主要有热力型、燃料型及快速型3种，其中燃料型NO占总生成量的60％一80％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，即所谓挥发分N，然后再被氧化成NO。在通常的燃烧温度1200一l350℃，燃料中70％-90％的氮成为挥发分N，由此形成的N0占燃料型NO的60％一80％。

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％一30％，这就是液态排渣炉的NOX比固态排渣炉高的原因。

大唐甘谷发电厂1、2锅炉烟气脱硝采用锅炉尾部布置脱硝装置采用液氨法制备脱硝还原剂，选择性催化还原法（SCR）作为脱硝方式；在脱硝系统设计煤种、锅炉BMCR工况、处理100%烟气量条件下，在入口NOx含量在500mg/Nm3时，设计脱硝总效率大于80％且出口NOx排放浓度小于100mg/Nm3，催化剂层数按2+1设置。

三、原运行方式存在的问题

1.我厂采用液氨法制备脱硝还原剂，选择性催化还原法（SCR）作为脱硝方式；在此前正常锅炉运行方式下1号炉脱硝入口当氧化物A、B两侧平均值506.5mg/Nm3在经过尾部脱硝反应器后出口NOx排放浓度71.8mg/Nm3，此种运行方式液氨消耗量较大造成运行成本、运输成本增加。

四、优化方案为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NOx、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。

炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低NOx燃烧技术，即使采用烟气脱硝技术，同时采用低NOx燃煤技术来控制燃烧过程NOx的产生，以尽可能降低设备的运行和维护费用。

1.空气分级燃烧技术改造

（1）基本工作原理

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。

（2）分级燃烧技术的主要特点

分级燃烧技术的最突出特点是超低NOx燃烧特性，在保证稳燃高效的前提下，通过采用高效浓淡分离技术、空间燃烧分级技术、一次风逆向射流等手段不仅保证煤粉早着火，稳定燃烧，通过采用上下、左右可调燃尽风喷口技术，实现炉内按需供风和降低炉膛出口烟温偏差，更重要的是实现了锅炉超低NOx的燃烧排放。

（3）调整方案

我厂自脱硝设备投产运行以来，锅炉二次小风门配风方式为正常的均等配风，此时脱硝入口氮氧化物一直维持在600mg/N3左右。

对此前的运行方式做以下调整：

1.磨出口温度提高到80℃以上运行（最好提高到85℃）；

2.氧量控制以空预器入口实测值为准，应定期校对表盘氧量指示值，以确定控制范围；

3.辅助风配风采用缩腰型（如图1所示）；

4.缩腰型配风的低负荷稳燃特性好，缩腰配风示例：

ABCDE磨：EE65%，DE40%，CD30%，BC35%，AB40%，AA100%。

ABDE磨：EE60%，DE40%，CD8%，BC35%，AB40%，AA100%。

ABCD磨：EE8%，DE60%，CD35%，BC30%，AB35%，AA100%。

5.磨通风量的控制原则是：200MW负荷以上，磨冷风门尽量关小，磨出口温度通过热风门控制。

图3调整后300MW时脱硝B侧入口氮氧化物

通过以上配风调整关小下层小风门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。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。此时在300MW工况时能够使入口氮氧化物从620mg/m3缓慢下降至480mg/m3（图2、图3所示）左右运行，降低氮氧化物140mg/m3。

五、取得的效果

1、炉内低氮燃烧调整试验前后有关参数对比：

由上表数据可知，在锅炉100%BRL负荷点下脱硝入口氮氧化物平均下降120mg/m3左右，脱硝氮氧化物出口在70mg/m3左右，满足环保要求。液氨单耗费用由18.772元/万KWH下降到13.587元/万KWH，环比下降5.185元/万KWH。

参考文献：

[1]白晓军，王智磊，郝强，杨乃刚.谈改善锅炉燃烧条件降低烟气中的氮氧化物[J].科学之友（B版），2005年02期

[2]夏小霞，王志奇，徐顺生，曾振祥.煤粉锅炉低NO_X燃烧器的研究及应用[J].工业加热，2008年03期