浅谈1000MW锅炉燃烧结构对NOx生成的影响
摘 要：随着社会各界对环境关注程度的日益加深，环保事件的影响和考核力度也随之加重，火力发电厂的废气、废水、废物排放标准也逐年下降，2016年更是提出超低排放的要求，NOx对环境的损害极大，它既是酸雨形成的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质，还会消耗O3对臭氧层造成破坏，因此降低NOx的排放量势在必行，文章就1000MW锅炉运行中燃烧结构对NOx生成的影响及控制策略进行分析，希望对各大型火力发电厂在控制NOx排放方面有所帮助。
关键词：燃烧机构；NOx；燃烧；机理
1 NOx生产机理
热力型NOx，燃烧时，空气中的氮在高温环境下氧化产生，其过程是一个不分支连锁反应，随着反应温度升高，其反应速率呈指数规律上升。但是当温度T<1500℃时，NO生成量很少。
快速型NOx，碳氢化合物燃料浓度过浓时，在反应区域附近会快速生成NOx，其形成时间只需60ms，NOx的生成量与炉膛压力的0.5次方成正比，与温度关系不大。
燃料型NOx，燃料中的氮化合物在燃烧过程中热力分解然后进一步氧化生成NOx，由于煤的燃烧过程由挥发分燃烧和焦炭燃烧两个部分组成，故燃料型NOx也由气象氮的氧化和焦炭中氮氧化组成。燃料型NOx，燃料中的氮化合物在燃烧过程中热力分解然后进一步氧化生成NOx，由于煤的燃烧过程由挥发分燃烧和焦炭燃烧两个部分组成，故燃料型NOx也由气象氮的氧化和焦炭中氮氧化组成。可由以下反应过程式表述：
在富燃料区域内，由于缺乏氧原子，NH与含有氧氢原子团的RH反应生成NH2，NH2也可以把NOx还原成N2，其过程为：NH
NH2或NH3 料型NOx的生成量取决于N是被氧化成NOx或还原成N2，由于燃料中的N在低于火焰温度就已经热分解，氧化生成NOx，因此其过程与燃烧器区域温度关系不大，主要取决于燃烧环境是氧化气氛还是还原性气氛。是由以上机理可知，燃料型NOx是火力发电厂NOx生成的最主要部分。
2 NOx生成特点
由NOx生成机理可知，对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。其生成量主要与以下因素有关：（1）煤的燃烧方式、燃烧工况，其生成量依赖于燃烧温度水平，采用缺氧燃烧可抑制NOx的生成。（2）煤种特性，如煤的含氮量、挥发份含量等，燃煤中N含量越高，中间产物越多则随之生成的NOx也越多；（3）炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气、氮气的含量；（4）燃料及燃烧产物在高温火焰区和炉膛内的停留时间，燃煤释放出的N在富氧区域停留的时间越长则生成的NOx越多；在还原性区域停留的时间越长则生成的NOx越少。
3 炉膛燃烧结构对NOx生成的影响
某厂1000MW锅炉，锅炉燃烧方式为无分隔墙的八角反向双火焰切圆燃烧，每台锅炉共设有48只直流燃烧器。燃烧器共分6层，从下到上依次为ABCDEF磨煤机，每层设8只燃烧器，每层燃烧器由同一台磨煤机供给煤粉，采用PM型主燃烧器、上部燃烬风（OFA）及AA分级风的MACT燃烧系统。省煤器与空预器之间安装SCR脱硝装置，降低烟气中NOx含量，最终使得吸收塔出口烟气中折氧后NOx达到排放标准（小于100mg/Nm3）。
3.1 磨煤机运行方式
由于F磨煤机处于燃烧器的最上层，当F磨煤机运行时，高温燃烧区域拉伸，煤粉在炉膛内停留时间相对增长，二次风分级配风效果差，综合效果使得烟气中NOx生成量大幅度增加，为此运行中尽量保持F磨煤机备用，若要运行F磨煤机，需提前设低SCR出口NOx设定值、适当减少风量、开大最上层二次风门，以防止NOx排放量超标。由图1可看出，相同负荷下，F磨煤机运行时，SCR入口NOx生成量明显增加。
3.2 二次风配风结构
当燃烧器下部区域的二次风门开大，上层二次风门关小，在总风量一定的情况下，主燃烧器区域的氧量增加，由燃料型NOx生成机理可知，必然会使烟气中NOx生成量增加，运行中可采用缩腰式或倒宝塔式配风，在满足二次风压的情况下，尽量开大上层二次风门，以减少NOx生成。
3.3 氧量
氧量对炉内燃烧产生的影响非常大，不同氧量控制值使炉内燃烧产物也不相同，锅炉燃烧调整通过进入炉膛总风量来控制省煤器出口氧量。若氧量过剩，炉内形成氧化性气氛，由燃烧型NOx生成机理可知，必将抑制NOx还原成N2的反应。所以，煤量一定时，若果采用富氧燃烧，总风量过大，必然造成NOx生成量增加，而且折氧后NOx含量更大。保证煤粉完全燃烧后，尽量降低氧量设定值，抑制NOx的生成，同时也防止折氧后NOx超标。实际运行中，氧量控制可以参照表2的范围调整。
4 结束语
锅炉燃烧调整，应坚决杜绝环保事件的发生，正常运行中要时刻关注环保参数的变化，如NOx、SO2和烟尘。事故处理中也要注意对环保参数的控制，避免环保参数超限。锅炉燃烧调整，应尽量减少SCR入口NOx含量，确保NOx排放量符合国家标准，避免吸收塔出口环保参数超限。由以上分析可知，尽量避免最上层磨煤机运行，可有效降低SCR入口NOx的生成。炉膛采用缩腰式或倒宝塔式配风，在燃烧完全的情况下，适当减少锅炉总风量，氧量调整走低限，可以在一定程度上减少NOx生成。
参考文献
[1]集控运行规程[Z].
[2]刘峰，走心宁.大型煤粉锅炉NOx生成机理及其控制方法[Z].
[3]陈强，仇性启.燃烧过程NOx控制技术[Z].
作者简介：徐仁林（1988，11-），男，汉族，四川省遂宁市，本科，助理工程师，研究方向：燃烧结构对NOx的影响。
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