（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 内蒙古呼和浩特市 010206）
摘要：中国以煤炭为主的特殊能源格局决定了近期及未来几十年内依靠火力发电的电力现状。火力发电厂排放的烟气对环境造成极大的影响，其中氮氧化物是一种主要的污染物。首先介绍了燃电厂氮氧化物的生成机理，最后归纳总结了电厂锅炉运行调整降低氮氧化物的措施。
关键词：火力发电；污染排放量；降低；运行措施；
前言
近些年来，人们对氮氧化物的危害越来越引起重视，在这样的情况下，对氮氧化物污染的治理就显得非常必要了。在燃煤锅炉进行燃烧的这一过程当中，所产生的氮氧化物，对生态环境产生了严重的危害，目前，氮氧化物也已经成为了电站锅炉烟气污染物当中的最主要控制目标之一。
一、火电厂大气污染物排放标准
国家环保部发布 《火电厂大气污染物排放标准》，较2003 年标准有较大幅度的提升，对各项污染物的排放要求都达到了历史最严格的水平。
1、除尘排放浓度限值
燃煤、燃油机组，执行 30mg/m3排放浓度限值，重点地区的按照20m g/m3执行；燃气机组，天然气燃气轮机按照 5mg/m3执行，其他气体燃料燃气机组按照10mg/m3执行，重点地区均按照5mg/m3执行。
2、脱硫排放浓度限值
燃煤机组，新建和现有锅炉分别按照 100、200mg/m3 执行；另外，广西、重庆、四川、贵州四省高硫煤地区新建和现有锅炉分别按照200、400m g/m3执行；环境重点地区按照 50mg/m3执行。燃油机组，新建锅炉按照 100mg/m3执行，现有锅炉按照 200mg/m3执行；环境重点地区按照50mg/m3执行。燃气机组，天然气锅炉按照35mg/m3执行，其他锅炉按照100mg/m3执行；环境重点地区按照35mg/m3执行。
二、火电机组 NOx的生成及运行调节措施
燃烧主要生成的氮氧化物包括了一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮以及五氧化二氮等等，我们把这些统称为 NOx。一般来讲，在具体的燃烧过程中，氧化物中所含有的一氧化氮所占的比例超过90%，氧化物本身具有很大的毒性，它非常容易和动物血液当中的血色素结合，从而是动物的血液缺氧，进而依法中枢神经麻痹。对于二氧化氮来讲，它主要是通过NO氧化而成的，它所占的比例范围在5%~10%之间，它能够对人的呼吸器官黏膜产生强烈的刺激，特别是对人肺部的刺激，它的毒性和二氧化碳以及一氧化氮相比较起来，要强很多，它在经过了紫外线的照射，在经过了与碳氢化合物的接触之后，还会发生反应，从而生成浅蓝色并且有毒的光化学烟雾，这种烟雾能够对人的眼睛、鼻子、心、肝以及肺等产生强烈的刺激和损害。
1、降低 NOx的运行调整措施根据 NOx的生成机理，影响 NOx物生成量的因素是氧气含量和温度，降低 NOx的运行调节措施主要包括：
（1）减少燃料周围的氧浓度。包括：减少炉内过剩空气系数，以减少炉内空气总量；或减少一次风量和减少挥发份燃尽前燃料与二次风的掺混，以减少着火区段的氧浓度；如调节次风、燃尽风门开度实现分级燃烧；
（2）在氧浓度减少的条件下，维持足够的停留时间，使燃料中的 N 不易生成 NOx，而且使生成的 NOx经过均相或多相反应而被还原分解；如较低的一次风压、风速，全开燃尽风门等增加烟气在炉膛停留时间；
（3）在过剩空气的条件下，降低温度峰值，以减少 NOx。如采用降低热风温度和烟气再循环等；
（4）采用旋流煤粉燃烧前可以在煤粉燃烧初期就实现分级燃烧，利用浓缩环、稳焰齿等技术，同时将助燃空气分为一、二、三次风从燃烧器分级喷入，保证较低的 NOx排放量。如采用 HT-NR3旋流煤粉燃烧器；加入还原剂，使还原剂生成CO、 HN3和HCN，它们将 NOx还原分解。如干法烟气脱硝技术、湿法烟气脱硝技术。其中空气分级燃烧、旋流煤粉燃烧器、脱硝装置等技术是电厂目前采用最广泛的几种低氮氧化物技术。空气分级燃烧技术的原理是通过调整炉膛内空气和燃料的混合状态，将整个燃料域空气的燃烧过程分成“富燃料燃烧”和“富氧燃烧”两个阶段，在富燃料阶段，通过降低区域的氧气含量，抑制燃料型 NOx的生成量，同时由于富燃料燃烧，燃料不完全燃料的中间产物 HCN 和 NH3还可以将已生成的当氧化物还原成氮气，从而降低燃料型 NOx的生成量。在富氧过程中，虽然此区域氧气含量较高，但是由于燃料已接近燃尽，该区域温度较低，新生成的 NOx的含量有限，所以通过空气分级燃烧技术可以最终实现氮氧化物总体含量的降低。空气分级燃烧技术中影响 NOx生成量的因素很多，除了燃料本身特性的影响外，还收到燃烧条件的影响，主要包括：过量空气系数、烟气在炉膛停留时间、主燃区温度，各级空气配比、配风方式等，若要达到最好的降低 NOx的效果，必须综合考虑各种因素，采用最佳的调节方式。
2、干法脱硝技术中的选择性催化还原技术 （SCR）
具有很高的脱硝率，所以虽然它的投资和运行费用很高，但仍是目前应用最广发的一种烟气脱硝工艺。选择性催化还原系统安装于锅炉省煤器之后的烟道上，NH3通过固定于注氨格栅上的喷嘴喷入烟气中，与烟气混合均匀后一起进入填充有催化剂的脱硝反应器。反应器通常垂直放置 （也有个别水平放置的），NOx与 NH3在催化剂的作用下发生还原反应。反应器中的催化剂分上下多层，经过最后一层催化剂后，使烟气中的 NOx控制在排放限值以内。液氨经过气化加热后，转为气态氨，注入到反应器前的烟道，通过与风机提供的空气进行体积浓度稀释，实现氨气与空的混合比小于 5%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆注入烟道的氨气随烟气气流自上而下垂直进入 SCR 脱硝反应器，在 280 ℃~400 ℃的稳定条件下及催化剂的作用下，将烟气中的 NOx催化降解为无害的 N2和H2O。
三、再燃烧技术抑 NOx 生成
1、研究气体再燃烧技术将整个炉膛沿高度分为三个燃烧区，分别为主燃区、再燃区和燃尽区。对层燃炉来说．主燃区就是煤层的燃烧区，在此区内空气过系数大于 l，80％～85％的燃料在此区内燃烧并生成 NOx。在燃烧的这一区域当中，所送入近来的气体燃料能够在一定的条件下发生燃烧，这一条件就是过量空气系数要比1来的小，经过燃烧，会形成比较强的还原性气体，从而使得在主燃烧区域内所形成的 NOx 被还原成为氮气，同时抑制新的 NOx 生成。由于在缺氧条件下燃烧。有一定量的CO生成，通过在燃尽区内通入二次风，使得在空气过量系数大于1的条件下运行，将C0等未完全燃烧尽的燃料彻底燃尽。所谓的燃料分级燃烧，简单来讲就是再燃烧，它的最主要的忒单就是把燃烧氛围三个区域，分别是主燃烧区、二级燃烧区以及三级燃烧区。
2、具体过程如下：把 80%至85%的燃料放在主燃烧区域中，在这一区域中，会形成大量的NOx；把另外的 15%~20%的燃料放在二级燃烧区域中，在过量空气系数要比来的小的时候，发生还原反应，使得主燃烧区域中所产生的NOx在这一区域中还原成为N2；而三级燃烧区也被称作燃尽区，它是在二级燃烧区上面布置上火上风喷口而形成的，它的最主要目的是要对二级燃烧区域中没彻底燃烧尽的燃料彻底燃尽。除了燃煤锅炉进行燃烧方式的改进来降低氮氧化物之外，研究开发效率高、低污染物排放的新型燃煤锅炉作为替代产品，逐步淘汰现有技术落后设备，是符合中国能源结构，彻底解决燃煤污染问题的良好途径。煤是可燃的有机物与成灰的无机物的混合体。在燃烧过程中，不同组分的选出及燃烧特性差别很大。传统的燃烧技术没有考虑到这种阶段性。因此，在燃烧过程中，各种污染物的生成相互耦合，如小型燃煤炉中一氧化碳和氮氧化物之间的耦合。流化床中二氧化硫和氮氧化物之间的耦合。由于这种耦合作用，很难采用调整燃烧的方式同时降低不同污染物的排放。煤炭解耦燃烧技术根据煤炭在燃烧过程中所具有的阶段性，利用分级转化的方法，解除污染物生成过程中的耦合关系，有利于脱硫和脱硝反应在各自最佳的反应条件下进行。解燃烧技术的原理是将燃烧过程分为煤炭热解（解耦）与热解气和半焦燃烧（耦合）两个阶段。利用煤炭自身的热解产物抑制煤炭燃烧过程中污染物的生成。该技术在小型民用燃煤设备上可用较为简单的结构实现。
四、控制汽包炉运行大气污染物排放方法
由于汽包炉运行中产生的粉尘和废气会给大气造成严重污染，所以国家和企业都十分重视控制锅炉运行大气污染物排放。其控制措施也在不断革新和提升，最重要的方法表现在以下几个方面：
1、NOx降低和控制
由于热力型 NOx 是氮气在高温下氧化而生成，在炉膛温度小于1350℃的情况下是不会产生的，NOx 的控制主要是降低炉膛中心温度控制炉膛热负荷。为降低炉膛温度，燃料根据发热量、挥发份、硫份采用分仓的方式 （我们公司锅炉喷燃器自下向上 ABCDE 布置），大矿煤上至A、B 仓，小窑煤上至 D、E仓，C （主力磨） 仓布中等煤质。负荷在 230MW 以上运行时，采取 A、B、C、D 磨运行或负荷在 230MW以下运行时B、C、D 磨的运行方式，以降低火焰中心及炉膛出口烟温。在保证脱硫效率满足环保要求的前提下，尽量加大小窑煤掺烧比例；控制锅炉送风量，降低过量空气系数和燃烧区的氧浓度，以控制燃料NOx 和热力 NOx 的生成量。经调整试验，氧量应保持在 2.2% ～3.8%左右，燃煤挥发份含量、发热量、炉膛温度、炉内补气条件等诸多因素均决定燃烧速度及燃烧时间和燃烧所需的空气量。在运行中必须根据煤质变化，及时调整氧量控制值，用风量的调整来控制 CO 排放量小于20 m g/Nm3，NOx含量≯290mg/Nm3。
2、CO 含量的调整与控制
在氧量充足的情况下，煤粉在炉内完全燃烧时，不会产生CO，而在低氧或缺氧的情况下，煤粉发生不完全燃烧时，会产生大量的还原性气体 CO，这样会使燃烧器及燃尽区区域煤粉的灰熔点由于炉内的还原性气氛而下降，导致在此区域结渣，影响水冷壁受热面的吸热，导致炉膛出口烟温升高，对流吸热增强，汽温升高，严重时烟气中所带的融化态的灰颗粒会粘贴在过热器和再热器管壁上，严重影响此区域的换热，最终使排烟温度升高。
3、SO2含量的调整与控制
烟气中的 SO2含量与烟气量的大小以及燃煤中含硫份的大小有关，负荷低，烟气量小，燃煤中含硫份小时，SO2含量的大小配合脱硫系统很好控制，但在高负荷时，由于烟气量增加，燃煤量增大，以及燃煤中含硫份大时，受脱硫系统处理烟气量出力的限制，对二氧化硫含量的控制带来困难；在给煤量调整中，首先参考每日配煤单中建议给煤量，确定所烧煤种含硫份的大小，然后根据负荷及脱硫遥测信号中脱硫塔入口烟气含硫量的大小调整给煤量，并配合脱硫专业来控制脱硫塔入、出口烟气含硫量，使脱硫效率＞90%。
结束语
经济发展与环境保护协调是21世纪能源发展的主导方向。经济有效地降低燃煤过程中氮氧化物的排放对于控制大气污染具有重要的意义。我们知道，现如今，对环保的要求越来越高，而现有的低 NOx 燃烧技术是不能够和中小型燃煤锅炉中提出的 NOx 的排放要求相满的，所以，找出和我国的国情相适应的成本比较低的 NOx燃烧技术是具有广阔的前景的，它对中小型燃煤锅炉当中多个污染问题的解决，对环境质量的提升都有着积极地意义。
参考文献
[1]成玉琪,俞珠峰,吴立新,等.中国洁净煤技术发展现欹及发展思路第二届洁净煤技术国际研讨会论文集北京:煤炭工业出版社,2010.
[2]王连生.浅谈在用工业锅炉的节能方法品牌与标准化，2011.
[3]岑可法，周昊，池作和，等.大型电站锅炉安全及优化运行技术北京：中国电力出版社，2010.
论文作者:王晓维
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/23
标签：烟气论文; 燃料论文; 氧化物论文; 锅炉论文; 炉膛论文; 燃煤论文; 空气论文; 《电力设备》2017年第24期论文;