1、技术课件锅炉低氮燃烧煤粉炉产生的煤粉炉产生的NOx种类种类 NOx按生成原理分类按生成原理分类 o 在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部份：燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。 1、热力型NOx燃烧时，空气中氮在高温下氧化：燃烧时，空气中氮在高温下氧化： 随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。 当T1500，T每增加100， 反应速率增大6-7倍，亦即NO生成量增大6-7倍。01002003004005006007008001600165017001750180018501900温度( 摄氏 度)NO浓度( p pm)系列12、快速型NOx 碳氢化合物燃
2、料在燃料过浓时燃烧，在反应区附近会快速生成NOx。 快速型NOx生成量很少，在分析计算中一般可以不计，影响快速NOx生成的主要因素有空气过量条件和燃烧温度，这与配风的不均以及给粉量的不均有直接关系。3、燃料型NOx 由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。 由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段 组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化（挥发 份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。 燃料型燃料型NOx在煤粉燃烧在煤粉燃烧NOx产物产物中占中占6080。 N N2 2O O破坏臭氧层破坏臭氧层 2011年7月18日发布了GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准，并于2012年1
3、月1日开始实施，对NOx排放进行严格限制。 NOx排放标准值为100mg/m3。 对于循环流化床锅炉，2003年12月31日前建成投产或通过环评报告审批的电站锅炉，NOx排放标准值200mg/m3 。 考虑到我公司1#、2#、3#锅炉共用一个烟筒，仍全部执行100mg/m3。 技术措施o 为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NOx排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。o 炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低NOx燃烧技术。o 尾部脱氮应用在燃煤电站锅炉上的成熟技术主要有选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduc
4、tion，简称SCR）、选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）以及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术。低氮燃烧的必要性o NOx减排，技术已不是障碍，关键要选择合适自己的技术；o 无论对SCR或SNCR，先采用低氮燃烧技术，都可以节约投资和运行成本；o 采用低NOx燃烧技术，相对于我公司3#、4#锅炉都有较大的减排空间；o 近年刚投运的5#锅炉，已采用了低氮燃烧技术，基本没有改造空间，但还可通过燃烧优化降低NOx排放。低氮燃烧是目前应用最广泛的分段燃烧技术，将燃料的燃烧过程分阶段来完成。第一阶段燃烧中，只将总燃烧空气量的70%75
5、%（理论空气量的80%）供入炉膛，使燃料在先在缺氧的富燃料条件下燃烧，导致该区的燃料只能部分燃烧（含氧量不足），降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，能抑制NOx的生成；第二阶段通过足量的空气，使剩余燃料燃尽，此段中氧气过量，但温度低，生成的NOx也较少。这种方法可使烟气中的NOx减少25%50% 我公司3#、4#、5#锅炉分级燃烧示意图： 低氮燃烧器一般把一次风分成浓淡两股，浓相在内，更靠近火焰中心；淡相在外，贴近水冷壁。浓相在内着火时，火焰温度相对较高， 但是氧气比相对较少， 故生成的氮氧化物的几 率相对减少；淡相在外， 氧气比相对较大，但由 于距火焰高温区域较远， 温度相对较低，故氮氧化物
6、 的生成也不会很多。分级燃烧技术与浓淡燃烧相结合进一步深度降低NOx排放量 影响NOx生成量的主要因素： 燃烧时，燃料中的含氮成分与含氧物质发生反应的生成物有两种可能： 形成一氧化氮NO 。 与含氮的物质反应(主要是NO本身) 形成氮分子，即燃料氮并非转化为NO。 燃料成分对NOX生成的影响比较复杂，不但与含量有关，还因不同燃料会产生不同的燃烧温度，而叠加上温度的影响。 一般而言，氧量过高将导致NOx生成量高，因为参与反应的O2充足。 但太高将由于温度下降产生相反的影响。 化学反应需要一定的时间完成，右图是燃料燃烧时NOx生成量在不同温度下与时间的关系。低氮燃烧优化调整手段o 锅炉运行氧量o
7、燃烬风开度o 二次风配风方式o 一次风速大小o 磨煤机投运方式o 负荷变化o 煤质变化o 其它o 锅炉运行氧量的高低直接决定着锅炉NOx排放水平，Nox排放随着氧量的增大而增大。o 当炉膛出口氧量为3.50%时，NOx排放浓度最高。当炉膛出口氧量为2.0%时，NOx排放浓度比炉膛出口氧量为2.50%时略有上升。比较合理的运行方式为维持炉膛出口氧量3.0%3.5%运行。o 而低氧燃烧虽然可以显著降低Nox排放，但对锅炉的安全经济运行不利。o 燃尽风门开度是影响Nox排放浓度的一个决定性因素。但是，燃尽风门开度过大，会导致主燃烧区风量过低，燃烧温度下降，甚至会导致锅炉飞灰可燃物及炉膛出口烟温、排烟
8、温度的显著升高。抢风，分担25% 总风量，二次风箱送风量减少燃烧区间拉长主燃区氧量降低炉膛温度降低配风方式对NOx排放的影响 在保证锅炉负荷、炉膛出口氧量一定的前提下，通在保证锅炉负荷、炉膛出口氧量一定的前提下，通过调整各层二次风门，试验了二次风在过调整各层二次风门，试验了二次风在均等、倒塔、束均等、倒塔、束腰、正塔配风腰、正塔配风方式下的方式下的NOxNOx排放。在采用倒塔配风方式排放。在采用倒塔配风方式情况下情况下NOxNOx排放浓度最高，正塔配风方式次之，束腰配排放浓度最高，正塔配风方式次之，束腰配风方式最低。通过比较看出，在采取束腰配风方式时，风方式最低。通过比较看出，在采取束腰配风方
9、式时，由于在燃烧的各个阶段供入氧量适中，由于在燃烧的各个阶段供入氧量适中，NOxNOx排放浓度较排放浓度较低，结果最为合理。而采用均等配风方式并不是最理想低，结果最为合理。而采用均等配风方式并不是最理想的降低的降低NOxNOx排放浓度配风方式。排放浓度配风方式。o 一次风速的大小也会显著的影响Nox排放及锅炉运行的经济性与安全性。一次风速过大，着火推迟，使得燃料在还原区停留的时间过低，大大限制了Nox还原能力。同时，一次风速过大易造成再热器壁温、排烟温度偏高。o 通过降低入炉一次风率，可以有效改变着火阶段煤粉气流供风，这样降低了NOx生成量，可以进一步降低NOx排放水平。o 我公司4#锅炉将三
10、次风改造投入一次风后，在保证正常送粉风速的前提下，可通过关小一次风左右总风门以达到降低一次风速的目的。v 氮氧化物的排放含量与磨煤机运行台数有关，针对我氮氧化物的排放含量与磨煤机运行台数有关，针对我公司公司3#3#锅炉，一台磨运行时的氮氧化物含量要低于两台磨，两台锅炉，一台磨运行时的氮氧化物含量要低于两台磨，两台磨煤机启动时，磨煤机启动时，锅炉锅炉氮氮氧化物氧化物会骤然升高，因此机组负荷低于会骤然升高，因此机组负荷低于80%80%的额定负荷时，要及早停磨。因为三次风的存在导致了相当的额定负荷时，要及早停磨。因为三次风的存在导致了相当数量的数量的NOxNOx生成，对降低生成，对降低NOxNOx不
11、利，主要是三次风细粉中的燃料氮不利，主要是三次风细粉中的燃料氮在大过剩空气系数下氧化造成。在大过剩空气系数下氧化造成。v但从另一角度讲，增加运行磨煤机台数，即增加三次风量，相当但从另一角度讲，增加运行磨煤机台数，即增加三次风量，相当于形成分级燃烧，在某种程度上对降低于形成分级燃烧，在某种程度上对降低NOxNOx是有利的，但对飞灰是有利的，但对飞灰可燃物和锅炉热效率有不利影响，这在我公司可燃物和锅炉热效率有不利影响，这在我公司4#4#锅炉上有所体现。锅炉上有所体现。v因此，三次风是否有利于降低因此，三次风是否有利于降低NOxNOx，需要根据锅炉的实际情况，需要根据锅炉的实际情况，如煤种、三次风带
12、粉量、三次风处的过量空气系数等，运行中要如煤种、三次风带粉量、三次风处的过量空气系数等，运行中要合理地分配磨煤机的给煤量与风量配比以及合理地分配磨煤机的给煤量与风量配比以及煤粉煤粉细度，避免燃烧细度，避免燃烧过于集中。同时适当提高煤粉细度，将煤粉颗粒加粗，同样可以过于集中。同时适当提高煤粉细度，将煤粉颗粒加粗，同样可以改变煤粉的着火时间，进而控制炉膛温度，也可以适当降低锅炉改变煤粉的着火时间，进而控制炉膛温度，也可以适当降低锅炉的氮氧化物含量。的氮氧化物含量。v而且磨煤机停运时，提高并投入三次风冷却风，相当于增加了燃而且磨煤机停运时，提高并投入三次风冷却风，相当于增加了燃烬风，同样对降低烬风，
13、同样对降低NOxNOx是有利的是有利的o 锅炉负荷越高，氮氧化物含量就越少；锅炉低负荷运行时，总会引起氮氧化物浓度和锅炉氧量急剧上升。o 原因分析：富氧燃烧可以有效的降低锅炉的不完全燃烧热损失，但由于供氧充足和燃烧强烈，主燃烧区域的火焰中心温度过高，必将导致氮氧化物的生成量急剧增大。尤其锅炉降负荷阶段，如不及时减少送风量，氮氧化物超标越发严重。保证NOxNOx生成量在允许的范围内，合理的控制机组降负荷速率和调整氧量供给，可有效的避免机组氮氧化物超标。o 其实负荷的变化也是氧量对锅炉NOx排放水平的一个侧面反应。锅炉氮氧化物的变化与锅炉氧量变化趋势完全相同，而与锅炉负荷变化恰好相反。o 氮氧化物
14、生成量与入炉煤煤质有着密切的关系。当入炉煤煤种挥发份较高时，机组的氮氧化物生成量就较低；反之，挥发份越低则氮氧化物越难控制。o 原因分析：氮氧化物的生成量与入炉煤煤质的关系与燃烧区内的浓淡分离强弱有关。挥发分越高，则煤粉燃尽速度越快，炉膛火焰越集中，燃烧区中心的贫氧区与水冷壁附近的富氧区越明显，产生的氮氧化物就越低；挥发份越低则反之。o 合理的组织各台锅炉的配煤方式，可以有效地降低锅炉的氮氧化物的生成。 减少炉底及炉本体漏风，降低炉内无组织风量 锅炉正常运行时，底部捞渣机处和锅炉本体锅炉正常运行时，底部捞渣机处和锅炉本体 人孔、看火孔等不严密处会有大部分漏风进入炉膛，人孔、看火孔等不严密处会有
15、大部分漏风进入炉膛，这部分风量不是按燃烧需要的配风方式进入炉膛，这部分风量不是按燃烧需要的配风方式进入炉膛，属于无组织配风，不能与燃烧着的高温气流在燃烧属于无组织配风，不能与燃烧着的高温气流在燃烧区域内充分混合，无助于炉内的燃烧，它既破坏了区域内充分混合，无助于炉内的燃烧，它既破坏了高温燃烧区，还增加了炉膛出口总烟气量，导致锅高温燃烧区，还增加了炉膛出口总烟气量，导致锅炉排烟热损失上升，并导致烟气中炉排烟热损失上升，并导致烟气中NOxNOx含量升高。含量升高。o灰、渣可燃物升高灰、渣可燃物升高o锅炉热效率有可能下降锅炉热效率有可能下降o结渣、高温腐蚀、高温氧化等不利因素增加结渣、高温腐蚀、高温
16、氧化等不利因素增加o壁温有可能超温壁温有可能超温o汽温可能超温或欠温汽温可能超温或欠温低氧燃烧技术存在的问题： 安全稳定燃烧和减排安全稳定燃烧和减排NOxNOx恰好构成了一对矛盾，现行各种低恰好构成了一对矛盾，现行各种低NOxNOx燃烧方法对炉内火焰稳定性和燃料的完全燃烧程度都有明燃烧方法对炉内火焰稳定性和燃料的完全燃烧程度都有明显不利的影响，因此选择合理的显不利的影响，因此选择合理的NOxNOx控制措施必须兼顾燃烧经济性和控制措施必须兼顾燃烧经济性和安全性的影响。安全性的影响。脱硝原理 4#、5#锅炉SCR烟气脱硝工艺流程图氨罐氨蒸发器稀释风机氨喷射格栅SCR 反应器省煤器空预器氨水氨气空气
17、烟气氨/空气/烟气混合烟气脱硝技术的特点催化剂易中毒；高分散性粉尘可覆盖催化剂表面，使其活性降低；未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞的(NH4)2SO4，同时降低NH3的利用率；投资和运行费用较高。优 点反应温度较低；效率高，可达85%以上；工艺设备紧凑，运行可靠还原产物为N2，无二次污染。缺 点项目SCRSNCR/SCR混合型SNCR还原剂以NH3为主可使用NH3或尿素用NH3或尿紊反应温度320一400前段:850-1100 后段:320-400850一110O催化剂成份主要为TiO2， V2O5 WO3后段加装少量催化剂(成份主要为TiO2，V2O5 WO3)不使用催化
18、剂脱硝效率7090407025%60%还原剂喷射位置多选择于省煤器与SCR反应器间烟道内锅炉负荷不同喷射位置也不同，通常位于一、二级过热器附近通常在炉膛出口喷射SO2/SO3氧化会导致SO2/SO3氧化S02/S03氧化较SCR低不导致S02/S03氧化NH3逃逸35ppm5lOppm1015ppm对空气预热器影响NH3与S03易形成NH4HSO4造成堵塞或腐蚀SO2/SO氧化率较SCR低，造成堵塞或腐蚀的机会较SCR低不导致SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蚀的机会为三者最低系统压力损失催化剂会造成压力损失催化剂用量较SCR小，产生的压力损失相对较低没有压力损失燃料的影响高灰分会磨耗催化剂，
19、碱金属氧化物会使催化剂钝化影响与SCR相同无影响锅炉的影响受省煤器出口烟气温度的影响受炉膛内烟气流速及温度分布的影响与SNCR/SCR混合系统影响相同烟气脱硝技术设计参数小结：小结：o 目前我公司各台锅炉的目前我公司各台锅炉的低氮燃烧低氮燃烧+ +脱硝脱硝改造已全改造已全部完成，各台机组的氮氧化物排放均达到了国家环部完成，各台机组的氮氧化物排放均达到了国家环保要求，取得的效果十分明显。保要求，取得的效果十分明显。o 氮氧化物氮氧化物是大气主要污染物之一，也是目前大是大气主要污染物之一，也是目前大气污染治理的一大难题。公司也希望通过设备改造气污染治理的一大难题。公司也希望通过设备改造来解决燃煤锅炉的氮氧化物超标问题，但从运行调来解决燃煤锅炉的氮氧化物超标问题，但从运行调整的角度上出发，合理地运用调节手段，积极主动整的角度上出发，合理地运用调节手段，积极主动的控制氮氧化物的生成，则可减少脱硝所需的液氨的控制氮氧化物的生成，则可减少脱硝所需的液氨的使用量，进而取得最大的经济效益。的使用量，进而取得最大的经济效益。
