深能合和电力（河源）有限公司 广东河源 517000
摘要：现阶段环境问题日益严峻，各大电厂为适用NOx排放环保要求，结合电厂相关设备现状，对现有设备进行优化改造，对不能满足要求的设备进行更换升级，以满足NOx排放低于50mg/Nm3排放要求
关键词：火力发电厂；环境治理；减少NOx排放；低NOx燃烧器；优化；脱硝
引言
“十二五”期间，氮氧化物首次被列入约束性排放指标体系，随着火力发电行业NOx排放控制的日益严格和环保排放标准的提高，电厂为适用NOx排放环保要求，结合电厂相关设备现状，对现有设备进行优化改造，对不能满足要求的设备进行更换升级，以满足NOx排放要求。
火电厂NOx形成的机理
NOx 是NO 和NO2 的统称，燃煤电厂烟气中的NOx 主要是煤燃烧产生的。通常，燃烧生成的NOx 由超过90 %的NO 和小于10 %的NO2 组成。依据氮氧化物生成机理，可分为热力型、燃料型和快速型NOx 3类，其中快速型NOx 生成量很少，可以忽略不计。
热力型NOx 是指当炉膛温度在1 350 ℃以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx ，当温度足够高时，热力型NOx 可达20 %。
燃料型NOx 指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx ，其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx 约占NOx 总生成量的75 %～90 %。
快速型NOx指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团（CH）等反应而生成NOx。在这3种途径中，快速型NOx 所占的比例不到5%；在温度低于1 300 ℃时，几乎没有热力型NOx。
我厂设备介绍
我厂锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据三菱重工业株式会社（MHI）提供技术支持而设计、制造的超超临界变压运行直流锅炉，锅炉为单炉膛、Π型布置，配低NOX主煤粉燃烧器，分级燃烧技术和MACT型低NOX分级送风燃烧系统、反向墙式切圆燃烧方式。锅炉炉膛采用内螺纹管、垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热，调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、三级喷水或事故喷水等方式。锅炉为平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，燃用神华、晋北煤、淮南煤、印尼煤。锅炉以最大连续热负荷（B-MCR）工况为设计参数，最大连续蒸发量为1795t/h，过热蒸汽出口压力为26.15MPa，出口温度为605°C；再热蒸汽出口压力为4.59MPa，出口温度为603°C，锅炉给水温度为293°C。
火电厂减少NOx排放的措施一般分两种：
1.减少锅炉在燃烧过程中生成的Nox。
1.1改造燃烧器，采用低NOx的PM型煤粉燃烧器，降低燃烧过程中生成的Nox。
我厂600MW机组锅炉原设计采用水平浓淡燃烧器+SOFA燃烧系统，满足不了现阶段的环保要求。为降低NOx排放，拟于2015年10月至12月2号机组A修中进行了MPM-MACT低NOx燃烧系统改造。
改造前浓淡燃烧器+SOFA燃烧系统特点
采用墙式切圆燃烧大风箱结构，全摆动燃烧器，整个燃烧器与水冷壁固定连接，并随水冷壁一起向下膨胀，燃烧器共24组，布置于四面墙上，形成一个大切园，煤粉燃烧器平面图见图1。燃烧器共6层煤粉喷口，每层与1台磨煤机相配，主燃烧器采用低NOx的PM型煤粉燃烧器，每只煤粉喷嘴中间设有隔板，以增强煤粉射流刚性，在主燃燃烧器的上方为OFA喷嘴，在距上层煤粉喷嘴上方约5.0m料后期燃烧所需要的空气，同时既有垂直分级又有水平分级燃烧达到降低炉内温度水平，抑制NOX的生成，此A-A燃尽风与OFA风一起构成低NOX燃烧系统。
改造后低NOx的PM型煤粉燃烧器特点
M-PM燃烧器为三菱公司在PM燃烧器的基础上，针对国内及国际市场对于低NOx排放及高锅炉效率的更高要求开发的一种新型燃烧器。该燃烧器与以往早期的低NOx燃烧器的基础原理相同，均是采用分级燃烧的原理，但由于其煤粉气流着火方式及着火过程的不同，使得其可以在主燃区较高的氧量下，在保证较高的燃烧效率的同时，也达到了较低的NOx的排放水平。MPM燃烧器示意图见图1。
在主燃区，运行氧量较高的情况下，达到较低的NOx的排放效果
MPM燃烧器在经过喷嘴体后，形成了中心浓、外围淡的煤粉气流。
煤粉气流的浓淡分离使得浓侧煤粉位于喷口中心处于富燃料燃烧，此位置的氧含量少而煤粉浓度高，有利于燃料中挥发分的快速析出，同时由于氧量偏低从而抑制NOx生成，而且M-PM燃烧器中心浓外围淡配以合理的二次风布置的特点，保证了在燃烧初期的着火面相较于其他形式燃烧器小，有利于降低前期燃烧的生成的热力型NOx。由于燃烧器出口多级扩散器的存在，较大幅度的推迟了二次风的混合，增大了烟气在挥发份燃烧区的停留时间，也就是增加了还原反应时间，使更多的燃料N被还原成N2，在燃烧器出口附近形成了局部分级燃烧，NOx的生成量也会减少，浓淡燃烧器使浓淡两侧化学当量比都处于低NOx区域，其最终效果降低了NOx的生成。
MPM燃烧器在喷嘴的设计上采取了先进的措施，使煤粉的点火由原先早期传统燃烧器的热烟气卷吸热烟气点燃煤粉外围的方式改为平行于喷口的面式点火，浓煤粉气流内部也开始着火，即煤粉进入炉膛后一定距离全部点火，整个煤粉气流基本处于一个还原性氛围下，除了外围二次风的混入有部分氧化外，其他的部位均是还原性氛围。因此燃烧器喷口煤粉着火过程中NOx的生成量将会减少；
在燃尽区，A-A风的风量降低，后期煤粉燃尽过程中氧化生产的NOx量也随之降低
由于MPM燃烧器区域设计的氧量高于其余传统的燃烧器，其燃尽区的氧量要较传统的低氮燃烧器要低。在燃尽区，随着A-A风量的加入，煤粉燃尽，但再氧化过程也同时发生，由于MPM燃烧器中所配备的A-A风风量较低，再氧化产生的NOx也较少，使锅炉整体的NOx排放水平大幅降低。
同时，MPM燃烧器设置有一定量的辅助偏置风，MPM偏置周界风示意见图2。偏置周界风对防止结焦有两方面好处：一是提高燃烧器出口射流的“刚性”，减少射流的偏斜倾向；二是偏置周界风具有风屏保护作用，能提高炉膛水冷壁处氧化性气氛，而氧化性气氛使得煤灰粒子的软化温度相对升高，进一步弱化了结焦倾向，有利于防止结焦，缓解水冷壁高温。
低NOX主煤粉燃烧器改造后通过大量实验重新设定了不同负荷下各二次风挡板开度，SCR入NOx浓度从优化前370mg/Nm3左右降低至优化后200mg/Nm3左右，达到了很好的效果，能够满足现阶段环保的要求。
2.减少锅炉在燃烧过程中生成的NOx；对燃烧生成后的NOx进行化学反应，使之生成其他气体。
2.1增加SCR对锅炉燃烧后的NOx进行化学反应来更好的降低排放。
我厂1、2号机组各增加了一套烟气脱硝系统是由龙净环保股份有限公司提供。采用高灰型选择性催化还原烟气脱硝（SCR）工艺如图4，烟气脱硝系统是由龙净环保股份有限公司提供。1、2号锅炉脱硝工程采用EP+C 建设模式，采用高灰型选择性催化还原烟气脱硝（SCR）工艺，催化剂层数按2＋1 模式布置，初装2 层预留1 层，在设计工况、处理100%烟气量、在布置2 层催化剂条件下每套脱硝装置脱硝效率均不小于80%。催化剂层数按2＋1 模式布置，初装2 层预留1 层，在设计工况、处理100%烟气量、在布置2 层催化剂条件下每套脱硝装置脱硝效率均不小于80%。
SCR 主要化学反应如下：
4NO+4NH3+O2 →4N2+6H2O
6NO2+8 NH3 →7N2+12H2O
SCR（脱硝系统）催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（＞450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，会发生另一副反应，反应如下：
2SO2+O2→2SO3
NH3+H2O+SO3→NH4HSO4
即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在295-400℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。
实际运行中遇到的问题。
脱销系统因催化剂对温度有具体的要求，所以在机组启动初期中和低负荷阶段烟温较低，导致脱硝系统不能正常投运，需要运行人员在低负荷和机组启动阶段应采取措施尽量提高烟气温度，尽快投入脱硝系统，以满足全负荷脱硝的需求。
图4
3.结论
我厂通过低NOx燃烧器改造，通过重新设定二次风小风门的开度，通过增加脱硝系统在全负荷下均能保证NOx的排放量低于50mg/Nm3，以满足严峻的环保要求，在2年多运行过程中能够保持安全、稳定、环保，为以后电厂进行脱硝改造提供了大量的数据和参考。
参考文献：
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[3]赵凌志.火电厂锅炉燃烧技术的优化分析[J].现代国企研究，2015，（14）：145
论文作者:韩晓东
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/13
标签：燃烧器论文; 烟气论文; 锅炉论文; 煤粉论文; 催化剂论文; 温度论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第13期论文;