燃燒過程中產(chǎn)生的NOX其中燃料型NOX占總生成量的60%—80%,最高可達(dá)90%,熱力型NOX在溫度足夠高時(shí)可達(dá)20%,快速型NOX占的比例最小。燃料型NOX是燃料中的含氮化合物在燃燒過程中熱分解后氧化而成的。由于煤中含氮有機(jī)化合物的C—N較空氣中N≡N的鍵能小得多,更易形成NO。燃料中的有機(jī)氮首先被熱分解成HCN、NH3及CN等中間產(chǎn)物隨揮發(fā)分一起析出,即所謂揮發(fā)份N,然后再被氧化成NO。在通常的燃燒溫度1200—1350℃,燃料中70%—90%的氮成為揮發(fā)份N,由此形成的NO占燃料型NO的60%—80%。熱力型NOX是由空氣中的氮?dú)飧邷匮趸?。NOX的生成與氧原子的存在成正比,反應(yīng)速度隨溫度的升高而加速,當(dāng)煤粉爐中的溫度升至1600℃時(shí),熱力型NOX可占到爐內(nèi)NOX總量的25%—30%,這就是液態(tài)排渣爐的NOX固態(tài)排渣爐高的原因。對固態(tài)排渣爐,應(yīng)盡可能地縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間,以抑制熱力型NOX的生成。
通過對本廠兩臺(tái)鍋爐的現(xiàn)場長期觀察及調(diào)整實(shí)踐,現(xiàn)就引起煙氣中氮氧化物含量超標(biāo)的原因進(jìn)行分析如下:
1、煤質(zhì)變化對煙氣中氮氧化物的影響
煤中揮發(fā)份含量、氮含量、燃料比(固定碳/揮發(fā)分)及碳/氫比等都對NOx的生成量有影響。煤質(zhì)變化是影響煙氣中氮氧化物含量的主要因素,燃料本身所含的氮的有機(jī)物在高溫下釋放出氮和氧化合生成氮氧化物,煤質(zhì)的不同,生成的氮氧化物含量也不同,按煤種分,揮發(fā)份高的褐煤與煙煤燃燒不易生成氮氧化物,而貧煤在燃燒中極易生成氮氧化物。我廠煤源較多,煤質(zhì)變化較大,在經(jīng)過摻燒后,煤質(zhì)波動(dòng)加大,嚴(yán)重影響對氮氧化物的控制,造成煙氣中氮氧化物超標(biāo)。
2、燃盡風(fēng)擋板開度對煙氣中氮氧化物的影響
本廠鍋爐爐膛分兩級(jí)燃燒區(qū),在第一級(jí)燃燒區(qū),從主燃燒器供入爐膛總?cè)紵諝饬康?0%~75%(相當(dāng)于理論空氣量的80%左右),使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒。在第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)α<1,從而降低了第一級(jí)燃燒區(qū)的燃燒速度和溫度水平。由于是缺氧的富燃料燃燒,不但延遲了燃燒過程,而且使燃料在還原性氣氛中燃燒,燃燒生成CO,燃料中的氮將分解生成HN、HCH、CN、NH3和NH2等,它們相互復(fù)合或?qū)⒁延蠳Ox還原分解,因而抑制了燃料NOx的生成。同時(shí)由于降低了火焰的峰值溫度,從而也降低了熱力NOx的生成量。為了完成全部燃燒過程,*燃燒所需的其余空氣則在燃盡風(fēng)層送入,即第二級(jí)燃燒區(qū),使燃料進(jìn)入空氣過剩區(qū)域燃盡。雖然這時(shí)空氣量多,但由于火焰溫度較低,所以在第二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)也不利于NOx的生成。我廠兩臺(tái)爐氮氧化物超標(biāo)大多都發(fā)生在機(jī)組負(fù)荷較低的工況下,由于低負(fù)荷時(shí)鍋爐的氧量較大,為降低機(jī)組氧量,確保鍋爐燃燒穩(wěn)定,低負(fù)荷時(shí)的燃盡風(fēng)擋板開度一般都控制的比較小,這樣雖增加的了燃燒器噴口處有足夠的空氣助燃,使燃燒器出口處燃燒穩(wěn)定,磨煤機(jī)煤火檢穩(wěn)定。但由于燃燒區(qū)域氧濃度增加,燃燒的火焰溫度也較高,從而使熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成量增加,因此總的氮氧化物排放量增加。
3、機(jī)組負(fù)荷對煙氣中氮氧化物的影響
我廠兩臺(tái)爐氮氧化物超標(biāo)大都發(fā)生在機(jī)組負(fù)荷較低或降負(fù)荷較快時(shí)的工況下,由于低負(fù)荷時(shí)的鍋爐風(fēng)煤比增大,氧量增大,也使煙氣的氮氧化物排放超標(biāo)。機(jī)組降負(fù)荷較快時(shí)也易使鍋爐短時(shí)間內(nèi)氧量增加過快,增加煙氣中的氮氧化物含量。
4、鍋爐氧量對煙氣中氮氧化物的影響
使燃燒過程的過??諝饬勘M可能地接近理論空氣量,隨著煙氣中過量氧的減少,可以抑制熱力的生成,是一種較簡單地降低NOx排放的方法。一般來說,采用低氧燃燒可以降低排放的15%~20%。鍋爐氧量增加,使?fàn)t內(nèi)燃燒區(qū)域的供氧量加強(qiáng),燃燒強(qiáng)度加強(qiáng),爐膛火焰溫度升高,熱力型氮氧化物的生成量增大。另外,燃燒區(qū)域氧濃度增加,為燃料中的氮化合物燃燒時(shí)的熱分解產(chǎn)物進(jìn)一步氧化成氮氧化物提供了條件,從而使燃料型氮氧化物的生成量也增大。
5、鍋爐燃燒方式對煙氣中氮氧化物的影響
合理的磨煤機(jī)運(yùn)行方式對鍋爐的燃燒影響較大,沒有對沖燃燒的磨煤機(jī)的煤粉進(jìn)入爐膛后,由于對側(cè)沒有燃燒的煤粉助燃,使進(jìn)入鍋爐的煤粉不能充分燃燒,相應(yīng)增加了煙氣中的氮氧化物含量。
根據(jù)以上對影響煙氣中氮氧化物含量因素的分析,煤質(zhì)變化對煙氣中氮氧化物的影響較大,煙氣中氮氧化物含量超標(biāo)多發(fā)生在低負(fù)荷時(shí),通過優(yōu)化燃燒方式和調(diào)節(jié)氧量均能控制氮氧化物,在進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)加強(qiáng)對燃盡風(fēng)的調(diào)整也可以明顯降低煙氣中的氮氧化物
在對各類原因分析之后,集控專業(yè)針對各影響因素進(jìn)行多次分析討論,對可控制與調(diào)節(jié)的項(xiàng)目制定對策如下。
6、 控制煙氣排放的氮氧化物含量方法及氮氧化物超標(biāo)時(shí)的調(diào)節(jié)方法
(1)通過配煤,保證煤質(zhì)的揮發(fā)份含量;
(2)采用合理的磨煤機(jī)運(yùn)行方式,在300MW左右時(shí),盡量運(yùn)行A、F、B、D磨煤機(jī),并控制單臺(tái)磨煤機(jī)的煤量在合理的范圍內(nèi),使進(jìn)入鍋爐的煤粉能充分燃燼;
(3)氮氧化物超標(biāo)多發(fā)生在300MW左右的低負(fù)荷時(shí),在此工況下燃盡風(fēng)擋板開度對氮氧化物影響較大,當(dāng)燃盡風(fēng)擋板全關(guān)時(shí)氮氧化物含量升高較快,保留燃盡風(fēng)開度在30%以上,煙氣中氮氧化物含量降低較明顯。因此在低負(fù)荷時(shí),應(yīng)保留燃盡風(fēng)擋板開度至少在30%以上;
(4)機(jī)組在300MW左右時(shí),鍋爐氧量控制在5.0左右,此時(shí)的氮氧化物含量較高,在通過降低送風(fēng)量使鍋爐氧量降至4.5左右時(shí),氮氧化物含量降低較明顯,通過就地取不同氧量時(shí)的飛灰比較,目測飛灰含碳量沒有明顯變化,因此在低負(fù)荷時(shí),可適當(dāng)下調(diào)鍋爐氧量0.5左右。
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