本文介绍了氮氧化物产生的原理，通过燃煤电厂进行低氮改造，从配风、氧量控制、燃烧器摆角等方面进行运行优化调整，从而达到降低氮氧化物排放。

 

　　2013年，我国雾霾面积最高达143万平方公里，波及15%国土面积，我国平均雾霾天数35.9天，部分地区超过100天。而2015年雾霾更是过之而不及，大气雾霾成为重大民生问题。按照绿色发展要求，落实国务院大气污染防治行动计划，加快燃煤电厂升级改造，2020年前，对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，改造完成后，实行新的排放标准：粉尘10mg/Nm?、二氧化硫35mg/Nm?、氮氧化物50mg/Nm?。截止2016年1月，全国近1亿千瓦煤电机组已经进行了超级排放技术改造，正在改造超过8000万千瓦，占煤电装机容量10%。将大大改善我国大气质量。

 

　　1.氮氧化物产生机理

 

　　煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO（约占氮氧化物总量的95%）和NO2（约占氮氧化物总量的5%），一般统称NOx。大气中的NOx有90%来自燃烧产物，其中火力发电厂的排放量约占总量的50%。

 

　　产生机理一般分为如下三种：

 

　　1.1.热力型

 

　　燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇反应式表示。随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。

 

　　1.1.1.热力型氮氧化物生成机理：

 

　　O2+N=2O+N

 

　　O+N2=NO+N

 

　　N+O2=NO+O

 

　　1.1.2.在高温下总生成：

 

　　N2+O2=2NO

 

　　2NO+O2=NO2

 

　　1.2.瞬时反应型（快速型）

 

　　在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以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，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比，与温度的关系不大。

 

　　上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。

 

　　1.3.燃料型NOx

 

　　由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600~800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60~80%,。

 

　　在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。

 

　　2.我厂低氮燃烧改造方案及成效

 

　　2.1.1.珞璜电厂二期#3、4锅炉与360MW汽轮发电机组配套，是由法国STEIN公司制造。

 

　　2.1.2.锅炉型式：亚临界、一次中间再热、强制循环、双拱炉膛、固态排渣、燃煤汽包炉。其结构为单炉体、π型露天布置。

 

　　2.1.3.使用燃料：松藻无烟煤，#0轻柴油。

 

　　2.1.4.燃烧方式：直流燃烧器，双拱布置，“W”火焰。

 

　　2.1.5.通风方式：平衡通风。

 

　　2.1.6.燃烧设备：在炉膛标高30.8米处分前、后拱分别布置有18油枪（14支大油枪，4支小油枪），每拱各9支（7支大油枪，2支小油枪）。总容量30%MCR。18台给粉机供36个煤粉燃烧器，每台给粉机供两个煤粉燃烧器，36个煤粉燃烧器分前后布置，每拱18个煤粉燃烧器。本炉将原C/G组油枪拆除，增设有C/G组共4套小油枪及小给粉机辅助燃烧器。设计燃煤最低稳燃负荷为40%MCR。燃烧区的水冷壁敷设有卫燃带，用以提高燃烧区温度，从而改善煤粉的着火条件。

 

　　2.1.7.风烟系统：锅炉的风烟系统由两台两级动叶可调轴流式引风机，有两台高/低速送风机，两台空预器，SCR，炉膛及尾部烟道，静电除尘器，两台油枪冷却风机和交、直流火焰扫描冷却风机各一台组成。

 

　　空气分为二次风和一次风，送风机出来的二次风经暖风器预热后，送到空预器加热，然后大部分二次风从两侧进入前后墙燃烧器上部的二次风箱，通过A/B/C挡板控制到38个二次风口，（每拱19个），一部分形成上、下三次风供每侧上36个，下18个三次风口作助燃风，另一部分二次风供制粉系统作调温风。一次风机出来的一次风经暖风器，空预器加热后，经由一根热一次风汇集管，进入一次风箱，然后将煤粉分别输送到36个煤粉燃烧器。

 

　　在目前燃煤情况下，锅炉正常负荷范围内NOx排放浓度约900~1200mg/m?，NOx排放浓度较高。通过对锅炉现有燃料、制粉系统、燃烧器系统及锅炉配风等边界条件综合分析，NOx排放高的原因有以下几点：

 

　　a）炉内沿高度方向空气分级程度不够；

 

　　b）燃烧系统配风不合理，拱上一二次风布置间距过小，没有拉开相应的距离，燃烧用风在燃烧初期过早与一次风混合，燃烧器区域空气分级效果较差。

 

　　c）拱下燃烧用风未实现分级送风，拱上二次风风量过大。

 

　　2.2.改造思路：

 

　　a）炉拱上布置燃尽风，使炉膛沿高度方向实现空气分级燃烧。

 

　　b）对燃烧器进行优化改造，一次风管增加分离分离器，提高燃烧器的燃煤适应性。

 

　　c）对拱上配风进行调整，避免空气与煤粉的过早混合，降低NOx生成；d）局部优化拱下配风，实现下炉膛分级送风。

 

　　2.3.低氮燃烧改造方案

 

　　采用“新型分离型低NOx燃烧器+燃尽风”系统，通过低氮燃烧设备、燃烧系统的改造和现有炉膛的匹配来实现降低NOx生成量、低负荷稳定燃烧、充分燃尽。低氮燃烧改造主要分为主燃烧系统改造、燃尽风改造及相关设备等的改造。

 

　　新燃烧器前端采用耐高温耐磨铸件喷口，出口设置有稳焰齿，燃烧器喷口外侧设周界风，周界风由各一次风单元两侧的二次风道引出，并通过手动挡板加以控制，从喷口外侧送入炉膛。通过周界风口的翻边导向扩锥设计，为燃烧器提供运行冷却风，防止喷口结焦，同时可延迟空气与煤粉的混合时间，对控制NOx的生成有利。

 

　　2.3.1.燃烧器一次风管改造：一次风管内布置煤粉离器。，一次风管入口段布置楔形体煤粉离器将煤粉管道煤粉分离，并通过入口弯头和喷口出口的导向扩锥，实现燃料分级，部分较高浓度煤粉面向炉内中心高温火焰，并与回流的高温烟气混合，其余在背火侧送入炉膛。

 

　　2.3.2.二次风改造：后拱上二次风采用分离布置，在燃烧器两侧位置布置分离式二次风喷口。燃烧器喷口的冷却主要由布置在喷口外的周界风控制，煤粉着火阶段所需风量主要来自拱上分离式二次风喷口，油枪的点火和燃烧供风也由拱上二次风2.3.3.控制。同时，火检布置在拱上二次风喷口内，使之能得到冷却保护。

 

　　2.3.4.燃尽风改造：，通过燃尽风风量的调节，可自动控制拱上、拱下的二次风风量分配，以形成全炉膛分级燃烧，降低锅炉的NOx排放量。同时，在燃尽风风管上设置手动调节蝶阀，控制沿炉膛宽度上风量及直流风/旋流风的分配。

 

　　3.总结语

 

　　低氮燃烧改造后性能试验收集数据得出如下结论：

 

　　3.1.各个负荷段下NOx都没有超过保证值800mg/m3，且余量较大；3.2.从飞灰取样结果看，飞灰含碳量低；

 

　　3.3.锅炉效率优于改造前，各工况为91.3~92%之间；3.4.省煤器出口氧量在2.4%以上CO排放低于200ppm；3.5.送风阻力增加，在310MW以上负荷氧量偏低；3.6.改造后主汽温度、再热汽温度都能达到额定值；达到新的排放标准：粉尘10mg/Nm?、二氧化硫35mg/Nm?、氮氧化物50mg/Nm?。

 

　　参考文献：

 

　　[1]华能珞璜电厂二期机组超低排放低氮燃烧器改造工程初步设计方案说明