燃煤锅炉低NO_x排放技术及其试验研究

　　燃煤锅炉低，排放技术及其试验研究魏恩宗浙江树人大学，浙江杭州310015燃烧过程中，1的形成机理；介绍了煤燃烧生成的，1的般控制方法及空气分级燃烧脱硝原理。通过现场改造进行试验研究，考察了采用空气分级燃烧技术降低燃煤锅炉，1排放的实际效果及其影响因素。

　　在能源利用过程中，化石燃料燃烧要排放出各种污染物。在排放到大气里的污染物中，99的氮氧化物0，99的氧化碳化0，91的氧化硫，2，60的粉尘及43的碳化氢是化石燃料燃烧产生的。煤炭是我国当前及未来相当长时间内其中氮氧化物占67，对大气造成严重污染。因此，降低燃煤锅炉的，1排放是环境保护的项重要内容。

　　调查结果明在我国，燃油炉0排放为600 1400出3，固态排渣煤粉炉为6001200出，出3液态排澄炉为850 50出3仿，旋风炉为10001500出，出3，都比国外锅炉的排放量大。目前，我国对1000以上的固态排渣煤粉炉的，1排放标准为65如以3仿，而德国要求200出，出3，日本要求410出，出3可以肯定，随着国家对环境保护的日益重视，我国的标准也要提高。所以，研究煤燃烧过程中0的形成机理及其控制方法，并积极开展试验研究，对促进国民经济发展和改善生态环境具有重要的现实意义的形成机理及其控制方法2.101的形成机理煤在燃烧过程中产生的氮氧化物主要是氧化氮0和氧化氮，2，者统称为，1.与8，2的生成机理不同，煤在燃烧过程中，0的生成量和排放量与煤的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件密切相关。以煤粉燃烧为例，在不加控制时，液态排渣炉的01排放要比固态排渣炉的高，即使是固态排渣炉，不同的燃烧器布置方式，不加控制时的03排放值也不同。

　　研究明，氮氧化物的生成途径有以下个，热力型0丁10它是指空气中的氮气在高温下氧化而生成的0，燃料型0此10，它是指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进步氧化而生成的0③快速型N0xPomptN0x，它是燃烧时空气收稿日期20010302热力型NOx的生成机理遵从捷里多维奇Zel dovich机理。捷里多维奇认为，热力型NOx是个由氧原子引发的自由基链反应均相反应快贫氧性原还贫氧多相反应慢在反应中，氮原子只能从1式产生，而不能通过氮的分解产生。1式的反应活化能值大，控制着反应进行的速度。热力型NOx的生成速度和温度的关系是按照阿累尼乌斯定律进行的。在温度小于1300C时，几乎看不到NO的生成反应，NOx生成量很小，只有当温度高于1300C以上，NO的生成反应才逐渐明显，NOx生成量逐渐增大1.因此，在般的煤粉炉固态排渣燃烧方式下，热力型NOx所占的比例极小。燃料型NOx是NOx的主要组成部分，大约占6585以上。燃料型NOx的生成机理极其复杂。目前，各国科学家所得的结论也不尽相同。德国斯加特大学的只6教授认为燃料型NOx的形成与煤的热解产物和火焰中的氧浓度密切相关，其中氧气浓度及其分布状况对NOx的产生起决定性作用。另外，煤中的挥发性物质成分，特别是还原性成分的增加，会对NOx的降低产生积极的作用2.快速型NOx是煤燃烧时产生的烃CNi等撞击燃烧空气中的N2分子而产生CN和HCN，然后它们再被氧化生成NOx.因为快速型NOx占总NOx的比例通常在5以下，故在煤粉炉中可不予考虑。

　　2.20；的控制方法根据NOx的形成机理，不同类型的NOx其生成机理不同，主要现在氮的来源不同，生成的途径不同，生成的条件也不同，但它们之间也有定的联系。种NOx在煤燃烧过程中的生成情况很不相同。快速型NOx所占比例不到5；在温度低于1300C时，几乎没有热力型NOx.对常规燃煤锅炉而言，NOx主要是通过燃料型的生成途径而产生的。

　　因此，控制和减少NOx在煤燃烧过程中的产生，主要是控制燃料型NOx的生成。从燃料型NOx的生成和破坏机理可知，为了减少燃料型NOx的生成，既要尽可能地抑制NOx的生成，又要尽可能地破坏和还原已生成的NOx.控制NOx排放的技术措施可以分为两大类次措施和次措施。所谓次措施，是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量；所谓次措施，是将已经生成的NOx通过某种技术手段从烟气中脱除掉。概括目前常用的具体方法，包括以下个方面，通过改变燃烧条件降低NOx的方法。主要包括低氧燃烧法，空气分级燃烧法，燃料分级燃烧法和烟气再循环法等，用喷射法在炉膛内进行化学固定的方法。主要有喷射氨或尿素以及喷入水蒸气等方法③对燃烧后的烟气进行脱硝处理。包括干法烟气脱硝烟气脱化和电子束照射等和湿法烟气脱硝。

　　鉴于烟气脱硝装置的投资和运行费用都十分昂贵，不很适合我国的国情，有效的方法是采用低NOx燃烧技术。综观国外的低NOx燃烧技术，其发展过程大致可分为个阶段第阶段对燃烧系统不做大的改动，只是对燃烧设备的运行方式或部分运行方式进行调整或改进，如浓淡燃烧技术，但，的降低幅度很有限；第阶段是燃烧空气分级送入燃烧设备，如国内较多采用的，简单的紧挨上层燃烧器的0人般只能降低0排放20左右；第阶段是空气和燃料都分级送入炉膛，燃料分级送入可在燃烧器区的下游形成个富集出只以和沉的低氧还原区，燃烧产物通过这个区域时已形成的，1被部分还原为氮气2，例如级燃烧技术可使，1排放降低60以上。本文介绍的试验研究采用空气分级燃烧技术。

　　2.3空气分级燃烧脱硝的原理根据上述可知，燃煤锅炉的0排放主要是燃料型0，其形成过程主要是在燃料的挥发份析出阶段，且条件是氧气充足。如果此时的氧气浓度不够，则燃料中的将大量地转化为氮气，1的生成量将减少。空气分级燃烧就是根据这个原理，通过送风方式的控制，降低燃烧中心的氧气浓度，形成还原性气氛，从而降低主燃烧区，的形成。燃料完全燃烧所需要的其余空气由燃烧中心区外的其他部位直接引入。空气分级燃烧的实现可有多种形式，但主要不外乎顺烟气流向和沿炉膛断面两种。

　　①烟气流向空气分级燃烧人方式②沿炉膛断面空气分级燃烧断面分级燃烧是在与烟气流向垂直的炉膛断面上组织分级燃烧。它是将次风射流部分偏向炉墙来实现的4.断面分级燃烧不仅可使主燃烧区处于还原性气氛从而降低，1的排放量，而且可使炉墙附近处于氧化性气氛，这对避免水冷壁的高温腐十虫及因还原性气氛使灰熔点下降而导致的燃烧器附近的结渣是有利的。

　　采用空气分级燃烧技术的关键是确定分段风量位置和混合。这需要通过数值模拟或试验研究来优化，以确定佳工况。

　　3试验研究试验在内蒙古乌拉山发电厂的3号锅炉上进行。

　　3.1设备概况乌拉山电厂3号锅炉，是武汉锅炉厂制造的贾，241010012型自然循环煤粉锅炉。设计煤种为乌达烟煤。实际运行中以燃用乌达烟煤为主，同时搀烧大量的小窑煤。实际燃煤的含氮量为1.

　　0挥发份含量，为31.77.由于燃烧采用把燃烧所需要的空气分两部分送入炉膛；部煤中的氮基本上全部转化为0进行空气分级燃分为主次风，约占总次风量的7085，另烧改造前3号炉0排放情况1.

　　部分为火上风0人，约占总次风量的15 30.因此，炉膛内的燃烧分成个区域，即热解负荷燃烧器出口炉膛出口温度2排放浓度3.2锅炉空气分级燃烧系统在空气分级燃烧技术中，炉膛上部燃烬风口的高度和喷口的直径对于炉膛内部空气动力场的分布有很大影响，对0的形成和锅炉燃烧效率具有决定性影响。当燃用挥发份低的无烟煤和贫煤时，为了避免因缺氧熄火的危险及各项热损失的增大，燃烬风喷口的高度应低些；当燃用挥发份高的烟煤和褐煤时，为了提高脱硝效率，燃烬风口可高些。

　　根据现有组织分级燃烧的经验，可使用下式粗略估计燃烬风喷口距燃烧器上层喷口的距离取，=31.77，计算得只2.71.为了实现空气分级燃烧，对锅炉的配风系统进行了改造将现有的8个中次风喷口和4个上次风喷口的面积减少15各燃烧器的下层次风喷口面积保持不变，以基本保证次风的风速维持不变；同时，在各燃烧器的中上次风喷口内部设置导流板，与炉膛对角线夹角为22.另外，考虑到炉膛22以处现有为150以以按设计值应为27如以，但受现场条件和施工工期的限制，只能取15以。燃烬风取自环型总次风联箱。这样终能提供的燃烬风份额大约为5左右额定负荷下。为了保证分级燃烧的效果，在燃烧方式上进行了必要调整例如维持炉膛出口过量空气系数1.15左右，尽可能增大燃烬风比例，适当增大含粉次风的风速等。

　　3.3试验结果及讨论对锅炉进行空气分级燃烧改造后，我们在不同负荷不同运行条件下进行现场试验，详细考察了空气分级燃烧的脱硝效果及有关影响因素。

　　3.3.1燃烬风份额的影响在70负荷下，控制炉膛出口过量空气系数为1.15，方面减小次风挡板开度，方面增大送风机的送风量，运行稳定后，测定过热器和空气预热器后的，1浓度。测试结果2.

　　次风档板开燃烬风风速，浓度爪1脱硝率过热器后预热器后过热器后顷热器后大，因而主燃烧区氧气浓度也就越低，此时03的形成被明显抑制，脱硝率明显增大。由于在低负荷下送风裕量较大，所以在增大送风量的情况下减小次风挡板开度，可以明显地增大燃烬风的份额，有效地降低主燃烧区的氧量，较好地实现分级燃烧，显著地提高了脱硝率大约为25，达到了50.60的脱硝率。但是，随着负荷的增加，送风裕量减少，轴向空气分级效果变差，脱硝率的提高不够理想只有大约9.在100负荷下，脱硝率只能达到约30 3.3.2次风分布的影响试分级燃烧改造前后烟气中空气预热器后0勺浓度。结果3.

　　径向空气分级燃烧改造前，次风喷口内没有设置导流板，全部次风射流以接近45角的方向射向炉膛中心形成理想切圆；径向空气分级燃烧改造后，中上次风口内设置导流板，使得部分次风射流大约1520偏向炉墙，远离燃烧中心，延迟了煤粉和空气的混合，减少了火焰中心，1的生成量。3说明了次风远离燃烧中心可导致13 25的脱硝率。另外，通过分流偏向炉墙的次风可以使炉墙附近保持氧化性气氛，这对减少水冷壁负荷烟气中以浓度3脱硝率喷口中无导流板喷口中有导流板3.3.3炉膛氧量的影响炉膛内氧量愈高，燃烧中心区域氧气浓度越大，燃烧中有机氮被氧化的趋势越大，火焰中形成的而屈多，脱硝率越小，详4.

　　炉膛出口氧量3.3.4负荷对，1形成的影响在控制炉膛氧量及其它运行条件相同的情况下，改变负荷，测试烟气中过热器后，1的浓度。

　　试验结果5.

　　同的情况下，负荷越大，空气分级燃烧的燃烬风份额越小因而燃烧过程生成的，1越多。

　　3.3.5次风对，1生成的影响试验明磨煤机的投停对于烟气中0勺浓度有很大的影响。6说明在保持进入锅炉的总空气量不变的前提下，随着磨煤机的投入运行，次风量由零增加到16，这意味着部分燃烧空气被分流到燃烧中心上方，主燃烧区域处于缺氧状态，抑制了，1的生成。同时，由于含粉次风的输入，也可使部分已经形成的0还原分解。这两者共同作用两台磨煤机运行方式烟气中，浓度全部投运全部停运负荷沪膛出口氧量以浓度燃烬风份额1毛健雄等。煤的清洁燃烧。科学出版社，1998.

　　2曾汉才。大型锅炉低0！1燃烧技术的新进展。发电设备，3罗永浩等。燃煤电站锅炉先进的低0！1燃烧技术。锅炉技