火电厂氮氧化物控制浅析

吴伟 朱明昌

摘要：我国以煤为主的能源结构导致氮氧化物排放总量居高不下。“十一五”期间，氮氧化物排放量的快速增长使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例逐年增加，加剧了复合型大气污染的形成，部分抵消了二氧化硫减排的巨大成果，控制燃煤电厂氮氧化物的排放已成为电力工业环境保护工作的重中之重。

关键词：氮氧化物、减排、脱硝技术

引言：我厂1号机组为600MW超临界燃煤汽轮发电机组，东方锅炉厂第一次引进技术制造的国产超临界滑压运行直流锅炉，锅炉型号DG1900/25.4-Ⅱ1型，单炉膛，一次中间再热，尾部双烟道结构。固态排渣，全钢构架，全悬吊结构露天布置。锅炉设计燃用晋南、晋东南地区贫煤、烟煤的混合煤种，制粉系统为中速磨正压直吹式系统，配置有北京电力设备总厂生产的六台ZGM113N型中速辊式磨煤机和两台轴流一次风机。燃烧器是由东方锅炉厂制造，燃烧器型式为HT-NR3旋流燃烧器，采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧系统设计采用分级燃烧和浓淡燃烧等技术，可有效降低NOX排放量和降低锅炉最低稳燃负荷，燃烧器分三层布置在炉膛前后墙上，共布置12只燃尽风喷口，24只HT-NR3燃烧器喷口，共计36个喷口。

1、氮氧化物的危害：

1.1氮氧化物主要包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅等，大气中NOx主要NO、NO₂的形式存在。其中NO是NO₂的前体物质，是形成光化学烟雾的活跃组分；NO₂单个分子的温室效应是CO₂的200倍，并参与臭氧层的破坏。

1.2氮氧化物的主要危害表现在三个方面：

（1）对人的健康影响。氮氧化物中的NO会与血液中的血红蛋白结合，使血液输氧能力下降，引起缺氧；同时NO具有致癌作用，对细胞分裂和遗传信息有不良影响。氮氧化物中的NO₂是一种棕红色、高度活跃的气态物质，一旦进入人体呼吸系统，会损害呼吸道，导致肺部和支气管疾病，使得慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加。

（2）对农作物和植物的影响。氮氧化物中的NO2是硝酸和亚硝酸的前驱体，会导致酸雨的生成。生成的酸雨和光化学烟雾会引起农作物和树木大面积枯死，同时酸雨还会腐蚀建筑和设备。

（3）对气候变化的影响。NO扩散进入大气后易氧化成NO2，而NO2是影响大气环境质量的主要因素之一。在紫外光照射下，NO2会与大气中碳氢化合物作用，生成光化学烟雾和臭氧，这是形成区域超细颗粒（PM2.5）污染和灰霾的重要原因。

2、氮氧化物的生成途径：

燃料燃烧过程中NOx的形成机理，比SO₂复杂，通常认为燃烧中NOx的生成途径有三类：一类为燃料中含氮有机化合物的氧化而生成的NOx，成为燃料型NOx（fuel NOx）；第二类由大气中的氮生成，主要产生于原子氧和氮在高温下发生的化学反应，成为热力型NOx（thermal NOx）；第三类成为快速型NOx（prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx。

这三类NOx的生成机理各不相同，但相互之间又有一定联系。燃料型NOx在600~800℃时就会生成，占生成总量的70%~90%；热力型NOx在温度高于1350℃时才开始形成，一般煤粉炉热力型氮氧化物占10%~20%，快速型NOx生成量很少，可以忽略不计。NOx的生成机理对最终的排放量影响很大，研究燃烧过程中的NOx的生成机理对有效抑制它的产生具有重要意义。

3、氮氧化物控制措施：

3.1控制燃煤电厂NOx排放 的技术措施主要可以分为两类：

一类是生成源控制，又称一次控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中NOx的生成反应，主要措施有降低助燃空气预热温度、减少燃烧最高温度的区域范围、减低燃烧峰值温度、烟气循环燃烧、降低过量空气系数、控制燃料与空气的前期混合、提高局部燃烧浓度、利用中间产物反应降低NOx产生量等。采用的技术手段包括低NOx燃烧器、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气循环、水货蒸汽喷射等。

另一类是烟气脱硝技术，是指对烟气中已经生成的NOx进行治理，烟气NOx治理技术主要包括选择性催化还原法、选择性非催化还原法、脱硫脱硝一体法、等离子体法、直接催化分解法、生物质活性炭吸附法等。

3.2根据产业规划，“十二五”期间我国采取的技术路线是：大力普及低NOx燃烧器技术，积极开发和示范空气分段供给燃烧技术和超细煤粉再燃技术，推进各种烟气脱硝技术（SCR、SNCR、SNCR/SCR联合）的中、外合作工作并实现烟气脱硝技术的国产化。

低NOx燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低，是控制NOx最经济的手段。在对NOx排放要求非常严格的国家均是采用低NOx燃烧器减少一半以上的NOx后再进行烟气脱硝，以降低脱硝设施入口的NOx浓度，减少投资和运行费用。

4、我厂对氮氧化物的控制措施

4.1我厂脱硝系统布置

脱硝系统是由西安热工研究院设计，采取选择性催化还原（SCR）法来降低烟气中NOx。SCR反应器采用高灰布置（即反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间），第一、二层催化剂由江苏龙源催化剂有限公司设计制造，第三层催化剂由江苏万德环保科技有限公司制造。反应器设置在省煤器与空预器之间的高含尘段，采用一炉两反应器结构，烟气竖直向下流动。每个反应器内每层催化剂模块按6×13矩阵布置，催化剂层间距离3.8m；为避免积灰形成的塌灰堵塞，在反应器进口烟道设置有灰斗和气力输灰装置，反应器出口烟道设有灰斗和重力输灰装置。反应器入口设置烟气均流装置，反应器入口及出口段设导流板保证脱硝反应器进出口气流稳定。在BRL工况脱硝反应器入口NOx浓度650mg/Nm3（干基，6%O2）的情况下可保证出口NOx浓度不高于50mg/Nm3（干基，6%O2）。

4.2运行降低NOx排放技术措施

（1）在燃烧稳定情况下，尽量增加下层制粉系统出力，降低上层制粉系统出力，同时将燃尽风适当开大，降低NOx产生。

（2）合理调整磨煤机运行方式，避免磨煤机低煤量、大风量运行。上层磨煤机煤量偏低时，申请值长适当调整机组负荷，停运上层磨煤机，保持其余磨煤机大煤量运行。

（3）提高煤粉细度。正常运行时要求控制磨煤机动态分离器频率不低于20HZ，因磨煤机振动等异常降低磨煤机频率进行调整，异常处理结束后，应及时调整磨煤机分离器频率，保证磨煤机出粉细度。

（4）制粉系统正常运行时，要求磨煤机冷风调门开度为0%，机组负荷≤500MW，降负荷时给煤机煤量降低，及时调整磨煤机热风调节门开度，检查磨煤机冷风调门自动关小，机组负荷＞500MW，磨煤机正常运行时，要求冷风调门不大于10%开度。

（5）机组负荷稳定时，尽量降低一次风压运行，控制一次风压7.0~7.5kpa。

（6）合理控制大风箱风压。机组正常运行中应保持大风箱二次风挡板在自动状态，及时根据磨煤机实际运行煤量对二次风挡板开度进行调整。

（7）合理控制燃尽风。燃尽风挡板用于调整燃尽风量喷口二次风量的比例和控制空预器后总二次风压力，机组负荷≥350MW时，全开燃尽风挡板以降低NOx排放。机组负荷＜350MW时，脱硝反应器入口NOx折算值＜400mg/Nm3同时再热汽温不达标时，可以适当调整燃尽风挡板，调整再热汽温，调整期间NOx折算值不大于450mg/Nm3，如果大于450mg/Nm3，经调整无效时，应及时开启燃尽风挡板降低脱硝反应器入口NOx折算值。

（8）合理控制锅炉氧量。氧量的合理控制能够确保锅炉不完全燃烧损失和NOx均控制在合理的水平。实际运行中氧量自动必须正常投入，机组负荷300MW控制氧量≤4.8%，机组负荷350MW控制氧量≤4.5%，机组负荷400MW控制氧量≤4.0%，期间检查油枪自投、快投备用状态正常，加强工业火焰电视及就地看火，发现燃烧异常，及时投入油枪稳燃。机组负荷＜350MW时，脱硝反应器入口NOx折算值＜400mg/Nm3同时再热汽温不达标时，可以适当调整运行氧量，调整再热汽温，调整期间NOx折算值不大于450mg/Nm3，如果大于450mg/Nm3，经调整无效时，应及时调整氧量，按照氧量要求控制。350MW负荷以下降低送风机出力期间，加强引风机自动调节情况的监视，防止两台引风机发生抢风异常。氧量没有明确要求的，氧量控制按照锅炉负荷和氧量的关系曲线进行控制。氧量调节时要参考脱硝反应器入口CO进行调整，CO正常控制值为100ppm，CO数值偏低，应适当降低氧量设定值，降低氧量运行，CO数值偏高，应适当提高氧量设定值，调高氧量运行。

（9）按照锅炉吹灰规定执行，若发现有结焦现象时可增加吹灰次数。低负荷对炉膛吹灰时要加强监视和调整，若参数变化较大时可暂停吹灰，待参数正常后可再吹灰。

（10）降低NOx生成采取的措施，与稳定燃烧、提高燃烧效率采取的措施相矛盾，在运行中不应以恶化燃烧来达到降低NOx生成。运行中应综合考虑所有因素，以锅炉安全运行为主。

（11）加强对NOx的监测，发现异常升高应及时查找原因，分析是表计故障还是燃烧调整不当所致，通过积极的手段降低NOx生成。

（12）为在满足烟气排放环保要求的同时尽量减少喷氨量，降低氨逃逸率，避免空预器堵塞，没有环保预警对NOx控制值有特殊要求的情况下，要求控制烟囱入口NOx在45mg/Nm3左右。

（13）在脱硝反应器进、出口NOx数值控制的同时，要加强空预器烟气侧差压的监视和调整。两侧空预器烟气侧差压偏差大于100pa时，在保证烟囱入口NOx环保指标达标排放的基础上，根据偏差情况，适当降低空预器烟气侧差压高一侧的喷氨量，提高空预器烟气侧差压相对低一侧的喷氨量，提高空预器烟气侧差压高一侧脱硝反应器出口的NOx控制值，降低空预器烟气侧差压相对低一侧脱硝反应器出口的NOx控制值，减小两侧空预器烟气侧差压的偏差。

（14）发现脱硝反应器出口NOx数值、氨逃逸率数值异常应及时联系检修进行检查处理，必要时联系热力实验室对测点进行标定或及时进行喷氨优化调整，防止因测点故障导致喷氨量长时间偏大。

（15）为控制机组并网后脱硝环保指标小时均值合格，采用机组并网后脱硝系统全程投运。

5、结束语

通过对锅炉燃烧器和脱硝设备及时治理和消除缺陷，严格按照技术措施执行，运行人员积极调整，对锅炉运行参数和脱硝系统运行状态分析，及时进行参数优化，我厂发电机组烟囱入口NOx能满足环保减排要求。

参考文献：
[1] 彭宗贵.《华能沁北电厂主机运行规程》．2020.03

[2] 刘建民. 火电厂氮氧化物控制技术.2012.12
[3] 朱全利. 锅炉设备及运行.2004.10

[4] 黄新元. 电站锅炉运行与燃烧调整.2004.10