摘要：探讨分析NOx的生成机制、低氮燃烧技术。在不同锅炉负荷下运行时，实现了NOx脱除效率55%以上的减排目标，并有效解决了因氧量不足引起的飞灰含碳量偏高的问题。
关键词：低氮燃烧技术；锅炉燃烧系统；影响
引言
随着我国《火电厂大气污染物排放标准》(GBl3223—2011)的实施，对火力发电燃煤锅炉烟气NOx排放提出了更高的限值要求。目前燃煤锅炉的烟气脱硫大多采用湿法或者半干法处理工艺，处理方法简单且对锅炉基本无任何影响。因此，采用多种方式配合能够实现最经济最有效的脱硝效果，低氮燃烧技术(分离燃尽风SOFA)成为煤粉炉脱硝改造的必备技术。
同时随着煤炭市场的变化，锅炉燃烧煤质逐渐开始多元化。近年探明的特大型煤田—准东煤田，煤炭资源预测储量3900亿t。但是，由于准东煤存在一些特殊煤质特性，在电厂燃用过程中出现了炉内燃烧器区结渣严重和高温过热器(高过)、低温过热器(低过)沾污堵塞问题。
1氮能源在锅炉中生成氮氧化物的机制
1.1燃烧型
燃烧型NOx是氮能源燃料在锅炉中的完全燃烧及不完全燃烧产生的。我们知道，氮能源燃料中氮化合物的热分解温度是600℃~800℃，在该温度条件下生成燃烧性NOx。首先是含氮化合物高温分解成中间环节产物，主要包括N、氰化氢、氰化物等，然后中间产物进一步氧化形成了NOx。煤粉锅炉含氮能源的燃烧过程相继发生挥发份燃烧、焦炭燃烧2个阶段，所以，燃料型NOx的生成与挥发份燃烧、焦炭燃烧有密切关系。
1.2热力型
热力型NOx的产生的必备条件是高温，它是指氮能源燃烧过程中空气中的N在高温下氧化产生，在锅炉中经过燃烧生成NOx的一系列连锁效应。温度是影响空气中O、N化转为NOx的必需因素。随着温度的改变，产生的NOx含量及含有比例也会发生改变，温度越高，产生的各种NOx的速度越快、产量就越高。反应温度的升高，反应速度以指数规律而增加。
1.3快速型
快速型NOx是指当氮能源燃料局部浓度过高时，在氮能源燃料燃烧区附近会快速生成Ox。碳氢化合物经过高温条件下分解会产生碳氢自由基，碳氢自由基与空气中的氮气反应生成N2和氰化氢，N2和氰化氢再与空气中的O2以极为快速的方式生成NOx，NOx生成量与炉膛压力为正相关，温度变化不明显。
锅炉NOx的生成含量及其比例需要考虑以下因素：（1）氮燃料本身的物理及化学特点。（2）锅炉工作时的高温燃烧温度范围。（3）燃烧区内烟气中N2、O2、燃料煤的含氮量，氮能源燃料与空气中氮及氧气之间的混合比例。（4）氮能源燃料在火焰区和炉膛高温内的停留反应时间。
2锅炉低氮燃烧技术的应用
锅炉低氮燃烧技术主要是在锅炉工作时改变燃烧条件，最大程度地减少NOx的生成，或通过最大程度地消耗已产生的NOx使之降低到最少，或两种手段都兼备。常见的氮能源低氮燃烧技术包括低过量空气技术、空气分级技术、燃料分级技术、烟气再循环技术等。
2.1低过量空气技术
NOx的产生随着炉内的空气量增加而增加，所以当锅炉内空气含量过低时，可减少NOx的产生，同时可以降低锅炉内热造成的损耗。低过量空气技术有可能引起CO、炭黑污染物和碳氢化合物等代谢产物的堆积、降低燃烧效率。所以在工业锅炉生产工作中，当确认空气过剩时，要注意同时满足锅炉热效率、燃烧效率及降低NOx等条件，从而在减少NOx产生的同时尽量避免降低热效率。
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2.2燃烧分级技术
燃料分级技术是指氮能源燃料进行燃烧时燃烧区气体状态均处于接近自然空气的特性下。所需空气先后2阶段通入，即两段燃烧。第一段空气约占空气量的5%~10%左右，燃料明显多于氧气，此时呈较低的燃烧区域，从而使生成的NOx减少。第2阶段是将剩余的空气送入温度比较低的区域，使第一段燃烧产生的不完全燃烧产物完全燃烧。两阶段通气后，尽管氧气多于燃料，但因为烟气温度的降低而减少了NOx的快速生成。同时在再燃区设置燃尽风喷口可确保不完全燃烧产物能够完全燃烧。
2.3空气分级技术
空气分级技术是通过降低燃料点火区的O2浓度，使点火区产生的挥发分更充分地和NOx进行还原反应，加速NOx的代谢，减少NOx的排放，同时在主燃区充分的供O2量则可以使氮能源燃料得到充分燃烧。空气分级燃烧技术有水平方向和垂直方向燃烧技术2种。水平方向空气分级技术一般是指在与烟气垂直的炉膛断面上通过将一次风、二次风不等切圆，部分二次风射流偏向炉墙进而引起空气分级燃烧。垂直方向空气分级技术是将燃料所需的空气分成主二次风和燃尽风两部分送入炉膛使燃料最终尽可能多地完成完全燃烧，减少NOx的排放的同时，提升热效率。
2.4烟气再循环利用技术
对烟气进行再循环利用是减少NOx生成的有效途径。理是将部分已经冷却的烟气循环利用，重复多次送入到燃烧区，通过多次循环往复一方面可以降低O2浓度，提高主燃区的工作温度，减少NO生成，另一方面可以达到提高高热效率的效果，烟气循环率一般在5%~20%的之内最佳，这种状态减少NOx生成的效果最好。
3.低氮改造对锅炉影响
在锅炉负荷变化时，不同磨煤机投运情况下，锅炉效率均大于91．5%。开大SO-FA风，主燃区二次风相应减小，在缺氧环境中下部主燃烧区域处于未完全燃烧状态，未燃尽碳继续上移，抬高了火焰燃烧中心。但是根据锅炉的效率计算结果来看，SOFA风的开大并不影响锅炉效率。同时炉内空气动力场发生改变，煤粉进入炉膛后被偏转的二次风裹入炉膛中间形成富燃料区，四周水冷壁附近则形成富空气区。径向空气分级燃烧炉内形成“风包粉”的燃烧效果保证了燃烧的稳定性，降低了水冷壁高温腐蚀风险防止水冷壁结渣。SOFA采用小切圆的方式，在实现“风包粉”的基础上，有效地防止了混煤后准东煤带来的结渣问题，使得燃料充分燃尽，保障了锅炉效率。
4.不同炉膛出口氧量对NOx排放及燃烧特性
随着炉膛出口氧量的增加，NOx排放浓度由200mg/m3增加至230mg/m3左右。同时CO排放则由90mg/m3减少到3mg/m3左右。在保持磨煤机投运方式、锅炉负荷以及配风方式均不变的情况下，只改变炉膛出口氧量，NOx排放浓度将随之变化。氧量升高，NOx随之增加，反之则降低。另外随着氧量的升高，飞灰、炉渣含碳量均降低。这是由于氧浓度较高时，煤粉颗粒燃烧性能提高，大颗粒的燃烧效果更加显著，相应的飞灰含碳量及CO量随之减小。然而若距离过远，则碳燃尽受到影响。检测到整个负荷运行过程中，飞灰含碳量始终小于2%。NOx排放浓度变化不大，CO排放量也较小。这也说明控制中层燃尽风中心标高为22670mm，既能获得低NOx排放效果，也有足够的空间保证煤粉燃尽。
结束语：随着工业发展，国家越来越重视尽可能减少NOx的排放，企业在加大生产的同时要兼顾如何有效降低锅炉烟气中的NOx含量，避免污染环境，提高锅炉的热效能。
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论文作者:李佳胤
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/28
标签：锅炉论文; 燃料论文; 技术论文; 空气论文; 烟气论文; 炉膛论文; 能源论文; 《基层建设》2017年第24期论文;