（大唐林州热电有限责任公司 河南 455000）
摘要:本文根据NOx的生成机理，依据大唐林州热电2×350MW超临界机组低氮燃烧技术，总结的相关NOx治理和排放控制的运行经验，不仅保证烟囱入口NOx的达标排放，同时减少液氨损耗量，提高了机组经济性。
关键词:NOx的生成机理；低氮燃烧技术；经济性
前言
随着我国环境污染的加剧，2011年，我国发布了《GB13223-2011 火电厂大气污染物排放标准》（限值单位：mg/Nm3）：
1. 设备概况
林州热电一期工程为上海锅炉厂生产的2×350MW超临界压力直流锅炉，采用单炉膛四角切圆燃烧方式，一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、露天布置、II型燃煤锅炉。煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。
2. NOx的生成机理
煤燃烧过程中所产生的NOx主要有NO和NO2，其中NO质量分数约占95%,而NO2的质量分数在5%左右，NOx的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备、煤种、炉内温度水平和氧量、配风方式等有关。
煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型，即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。
2.1 热力型NOx的生成
热力型NOx是燃烧空气中的氮气在高温下氧化而成的，在温度足够高时，可占 20%，其生成机理是由前苏联科学家捷里道维其（Zeldovich）提出的，按这一机理，热力型NOx的生成主要由以下链锁反应来描述：
T——反应温度；
c(NO)——NO的浓度；
c(O2)——O2的浓度；
c(N2)——N2的浓度。
由上式可以看出，影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反应的温度、氧气浓度和反应时间，而且温度对热力型NOx的生成影响最大。实际上在1350℃以下，热力型NOx生成量很少，但随着温度的上升，热力型NOx生成量迅速增加，温度达1600℃以上时，热力型NOx占NOx生成总量的25%～30%。
2.2 燃料型NOx的生成
燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%～80%。一般认为，燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化而生成的，同时还存在NO的还原反应。燃料型NOx的生成和还原机理相当复杂，至今仍无法解析清楚。燃料型NOx的生成可用下式表示：
燃料型NOx的生成和还原不仅与煤种的特性、煤中氮化合物存在的状态、煤中的氮热分解时在挥发分和焦碳中分配的比例和各自的成分有关，还与氧的浓度、燃烧温度相关。
2.3 快速型NOx的生成
快速型NOx的生成是通过燃料产生的CH原子团撞击N2分子，生成HCN类化合物，再进一步氧化而生成的，这个反应很快，所以称为快速型NOx。快速型NOx的生成可由以下式子表示：
试验证明三种NOx在煤燃烧过程中，快速型NOx所占比例不到5％；在温度小于1350℃时，几乎没有热力型NOx，只有当燃烧温度超过1600℃，如液态排渣煤粉炉中，热力型NOx才可能占到25％～30％。对常规煤燃烧设备的燃烧温度1200～1350℃的条件下，NOx主要是通过燃料型的生成途径而产生的。
3. 影响NOx生成的因素及试验结果
3.1 煤质对NOx的影响
煤中含氮量对NOx生成的影响，含氮量增加，总的NOx大致呈线性增加。
3.2 氧量对NOx的影响。
氧量的高低对NOx的生成有影响，保持负荷稳定180MW，配风方式不变，经过实验得出不同氧量时NOx的生成量，结果见表1所示：
经试验表明：随着氧量的增大，NOx的含量呈增长趋势，氧量越低，NOx越低，氧量越高，NOx越高。但氧量与NOx生成量非直线线性关系。
3.3 一次风与二次风的配比对NOx的影响
随着一次风与二次风的比值增加，煤粉从富燃料燃烧转换为富氧燃烧，由于含氧量的增多，煤中的氮转化为NOx的程度在逐渐的增加。
保持负荷稳定180MW，配风方式不变，经过实验得出一次风与二次风的不同配比下，NOx的生成量，结果见表2所示：
表2：180MW负荷下，不同一次风与二次风配比时NOx生成量
经试验表明：随着一次风与二次风的比值的减小，NOx逐渐减小。
3.4 风箱与炉膛压差对NOx排放量的影响。
Δp比较高时，二次风的风速比较高，动量也大，一次风从喷口出来后不久即被二次风所卷吸，射流轨迹变弯，形成一转弯的扇形面，对卷吸周围的高温烟气更加有利，由于温度高，热力型NOx的生成量比较大，从而使总的NOx的排放量大；Δp比较低时，二次风速比较低，刚性也比较弱，二次风很快就与一次风混合，在煤燃烧初始阶段，大部分的挥发分氮（气相氮化合物）随煤中其它挥发物一起释放出来，形成中间产物，如NHi，CH和HCN，在氧气存在条件下，这些中间产物会进一步氧化成NOx，使燃料型NOx的生成量增大，从而使总的NOx排放量增大。
保持负荷180MW，配风方式不变，氧量、磨煤机组合方式均不变，通过改变二次风箱与炉膛压力的差压Δp来进行试验，试验结果如下表格。
经试验表明：Δp越大，NOx生成量逐渐减少。
3.5 锅炉的配风方式对NOx排放量的影响。
锅炉上层配置分离燃尽风SOFA风，开大之后可以降低NOx，均匀配风相对于其他配风方式，NOx较低。减少燃烧区域的风量和氧量可以降低NOx。
4. 结论
综合试验结果，氧量根据负荷不同控制在3.5～4.5%之间，风箱与炉膛压差控制在0.45kpa左右，保证磨煤机的风量为煤量的2.5倍左右，控制一次风与二次风的比值在0.5左右，均匀配风方式调节等手段，保证了锅炉SCR区入口NOx浓度降到400mg/Nm3左右。按照以上措施执行，可平均减少喷氨量30Nm3/h，年均节约液氨约263吨，节约资金约79万元；另外，使用该运行技术，可以避免机组限出力，每年可避免因此限负荷约1200万千瓦时，可增加盈利约240万元；综合考虑，该技术每年可以为公司增盈约319万元。
参考文献：
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论文作者:刘进营
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
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