摘要：氮氧化物NOX是燃煤电厂烟气排放三大有害物（SO2，NOX及总悬浮颗粒物TSP）之一。从污染角度考虑的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOX。习水二郎电厂锅炉采用北京巴威B&WB-2090/25.4-M型“W火焰”超临界直流锅炉，针对锅炉NOX排放问题安装脱硝装置和采用低氮燃烧器技术。本文就结合习水二郎电厂NOX排放问题从NOX生成的原理、控制、运行燃烧调整减少NOX生成。
关键词：锅炉；NOX；燃烧器
1、NOx生成与控制机理
燃煤锅炉排放的NOx主要由NO、NO2及微量N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5~10%，N2O量只有1%左右。理论上NOx的生成有三条途径，即：热力型、燃料型与瞬态型。其中，燃料型NOx所占比例最大。燃煤锅炉的NOx控制主要分为炉内低NOx燃烧技术和炉后烟气脱硝技术两类，其控制机理见图1-1。炉内低NOx燃烧技术主要通过控制当地的燃烧气氛，利用欠氧燃烧生成的HCN与NH3等中间产物来抑制与还原已经生成的NOx。对于炉膛出口烟气中的NOx，可在合适的温度条件或催化剂作用下，通过往烟气中喷射氨基还原剂，将NOx还原成N2和H2O。
图1-1 NOx生成与控制途径示意图
经过多年研究与发展，适用于燃煤电站锅炉的氮氧化物控制技术主要有：1.低氮燃烧技术；2.选择性催化还原法（SCR）；3.选择性非催化还原法（SNCR）。其中低氮燃烧技术最主要采用方法有低氮燃烧器、空气分级燃烧技术、燃料分级、燃烧技术等手段。选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）两类技术都是在锅炉燃烧生成NOX以后，用氨来还原NOX。
2、燃烧方面调整减少NOX生成。
目前，锅炉燃烧技术的改进主要有：低NOX燃烧器；分段燃烧技术；炉膛内降低NOX技术和烟气再循环等。有关资料表明，综合考虑NOX值和成本两个方面，使用低NOX燃烧器和炉膛内降低NOX是既经济又最有效方法。粉管道间的燃料平衡（目标是±5％）；燃烧器间的送风平衡；一次风煤比（根据磨煤机的设计和煤种，尽可能采用低值）；调整煤粉细度（根据煤的品质）；尽可能提高OFA的风箱压力；减少过剩空气；炉膛吹灰的控制。
炉膛内降低NOX技术包括：
2.1 采用分级混合燃烧，降低氧浓度和燃烧温度以及将燃烧器喷嘴出口燃料分为浓稀两相。在主燃烧器实行低氧，低温燃烧降低NOX生成。在燃烧器顶部设置燃烬风喷嘴（OFA），配以不同的风量，燃尽在主燃烧区低氧条件下产生的未燃气体和碳份。分级燃烧主要使燃烧完全和降低NOX排放为最佳。
2.2 采用分级配风的方法有：
2.2 .1在配风方式上使煤粉气流与“二次风”气流的混合燃烧分为两个“区域”进行。在一次燃烧区内煤粉是在“缺氧”（一般控制空气系数n＝0．7～0．75）的工况下进行着火燃烧。一次燃烧区中未燃尽的煤粉颗粒（焦碳）与余下的燃烧空气（分级二次风）在二次燃烧区进行混合、燃尽。
2.2 .2控制送入炉膛的燃料和风量分配均匀，通过测量把燃料偏差控制在5％以内，风量偏差在10％以内，达到优化燃烧，降低NOX的目的。
3、采用低NOX烧煤燃烧器
习水二郎电厂燃烧器采用浓缩型 EI-XCL 燃烧器。浓缩型 EI-XCL 燃烧器上配有双层强化着火的轴向调风机构，从风箱来的二次风分两 股分别进入到内层和外层调风器，内层二次风产生的旋转气流可卷吸高温烟气引燃煤粉，外层二次风用来补充煤粉进一步燃烧所需的空气，使之完全燃烧。内、外层二次风的旋转方向是一致的，旋流强度可以通过调整轴向叶片的设置角度而改变。旋转气流能将炉膛内 的高温烟气卷吸到煤粉着火区，点燃煤粉并使之稳定燃烧。同时，可以利用调整轴向叶片 的设置角度来改变旋流强度，从而调节煤粉气流的下冲能力，充分而有效地利用下炉膛的 空间，使煤粉进行有效的燃烧。采用这种分级送风的方式，不仅有利于煤粉的着火和稳燃，增强燃烧器对煤质变化的适应能力，同时也有利于控制火焰中 NOx 的生成。
4 运行方面调整降低NOX的方法
4.1 正常调整脱硫出口NOX浓度小时均值小于200mg/m3，。在燃烧稳定情况下，燃尽风开度对飞灰和NOx排放浓度均有较大影响，适当降低一、二次风量，以降低燃烧富氧区，增大燃尽风开度来补充氧量，避免飞灰大幅度上升，保持机组运行经济性。将OFA层燃尽风适当开大，以降低炉膛出口烟气温度，降低NOX产生。在开大OFA风箱、供上风箱时适当关小运行燃烧器的分级风、保证二次风风压在0.25kpa以上。还可以开大运行燃烧器套筒风开度，尽量使火焰下冲实现分级燃烧。为了强化炉膛中燃料与空气的混合、减少一次风贴壁、降低结焦趋势，采用了同心反切燃烧技术。二次风射流沿着与一次风相反的旋转方向射入炉膛，一次风沿煤粉喷管轴线进入炉膛后，在较大的二次风射流引射和冲击下，被带入沿二次风射流方向旋转的火球中。这样一次风与二次风强烈混合，有助于煤粉完全燃烧。同时，一次风被包围在炉膛中央，形成炉膛中央富燃料、炉膛四周富氧的燃烧结构，大大减少了一次风冲刷水冷壁结焦的可能性。另外在燃烧初期，上下浓淡分离技术有利于降低NOx的排放量。
4.2 降低煤粉细度，在保障锅炉燃烧稳定的情况下，降低运行磨煤机的频率在35HZ左右。一次风压维持在6.5—7kpa，控制磨煤机冷热风门开度，磨煤机出口温度在100—110℃。风量的调整中，在偏置允许范围内应尽量降低一次风母管压力，适当增加二次风量来保证氧量，风煤配比在1.5—2.0之间，尽量在底限运行。控制炉膛与二次风差压在正常范围内，合理使用一二次风配比，在炉膛中心形成风包煤的富氧燃烧。从而实现分级燃烧，以降低NOx的形成和排放。
4.3送风量要适合，保持合理的运行氧量。若风量偏小，则由于煤粉不完全燃烧产生大量还原性气体，当锅炉烟气含氧量低于3%时，由于局部缺氧，将会使还原性气体CO含量急剧增加，而使结焦的几率大大增加。一般控制炉膛出口过剩空气系数控制在1.2～1.25之间。在保证燃烧需要和汽温的前提下尽量降低过量空气系数，维持低氧燃烧。
4.4 降低NOx生成采取的措施，与稳定燃烧、提高燃烧效率采取的措施相矛盾，在运行中不应以恶化燃烧来达到降低NOx生成。运行中应综合考虑所有因素，以达到控制NOX生成的最佳效果。加强对NOx的监测，发现异常升高应及时查找原因，分析是表计故障还是燃烧调整不当所致，通过积极的手段降低NOx生成。防止出现NOx超排的环保事件发生。
5结束语
随着国家对环境保护要求越来严格，火力发电厂必须重视控制NOX排放问题。目前习水二郎电厂2X660MW燃煤机组氮氧化物控制技术主要有：1.低氮燃烧技术浓缩型 EI-XCL 燃烧器；2.选择性催化还原法（SCR）；3.运行人员燃烧方面的调整。正常情况下SCR脱硝效率一般可达80%～90%以上，氮氧化物排放浓度小时均值可降至200mg/Nm3 以内，运行人员及时调整减少NOX产生既能满足经济性要求、NOX环保排放达到国家标准。减少NOX生成有利于控制在空预器冷端（NH4）2SO4结晶从而导致空预器堵塞影响机组安全稳定运行。
参考文献：
[1]燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术 北京：中国电力出版社，中国大唐集团科技工程有限公司 2009.04
[2]朱全利，600MW锅炉设备及系统[M]. 北京：中国电力出版社，2006
[3]火电厂SCR烟气脱硝技术. 北京：中国电力出版社，西安热工院 2012.12
论文作者:曹彦秋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/24
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