600MW火电机组如何降低NOX排放

600MW火电机组如何降低NOX排放

段志祥

国能内蒙古呼伦贝尔发电有限公司 内蒙古 呼伦贝尔市 021025

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。针对600MW火电机组锅炉NOX排放问题安装脱硝装置和采用低氮燃烧器技术。本文就电厂NOX排放问题从NOX生成的原理、控制、运行燃烧等方面，降低NOX的生成。

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。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。NOx生成与控制途径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；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，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”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运行方面调整降低NOX的方法

3.1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、保证二次风风压正常。还可以开大运行燃烧器燃料风开度，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。

3.2降低煤粉细度，在保障锅炉燃烧稳定的情况下，降低运行磨煤机煤量分布均匀。一次风压维持在9—10kpa，控制磨煤机冷热风门开度，磨煤机出口温度在60—70℃。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，风煤配比匹配正常，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。

3.3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。

3.4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。

4.减少锅炉在燃烧过程中生成的NOx；对燃烧生成后的NOx进行化学反应，使之生成其他气体。

4.1增加SCR对锅炉燃烧后的NOx进行化学反应来更好的降低排放。

600MW火电机组锅炉烟气脱硝系统是采取选择性催化还原（SCR）法来达到去除烟气中 NOX 的目的。SCR 反应器采用高灰型工艺布置（即反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间），氨气通过稀释风机（每台锅炉 2 台）稀释后，分别经过两台机组的喷氨格栅送入 SCR反应器（1号炉4组、2号炉4组），按一定比例喷入锅炉，烟气中的 NH3 在 SCR 反应器中催化剂的作用下与烟气中 NOX 按下面化学反应式进行反应，在设计工况、处理100%烟气量。从而达到降低排烟中 NOX 含量的目的。SCR主要化学反应如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

NO+NO2+2NH3→3H2O+2N2

SCR（脱硝系统）催化剂的工作温度是有一定范围的，温度过高（＞450℃）时催化剂会加速老化；当温度在300℃左右时，在同一催化剂的作用下，会发生另一副反应，反应如下：

2SO2+O2→2SO3

NH3+H2O+SO3→NH4HSO4

即生成氨盐，该物质粘性大，易粘结在催化剂和锅炉尾部的受热面上，影响锅炉运行。因此，只有在催化剂环境的烟气温度在295-400℃之间时方允许喷射氨气进行脱硝。

5.结论

通过低NOx燃烧器改造，通过重新设定二次风小风门的开度，通过增加脱硝系统在全负荷下均能保证NOx的排放量低于50mg/Nm3，以满足严峻的环保要求，在机组运行过程中能够保持安全、稳定、环保，为以后电厂进行脱硝改造提供了大量的数据和参考。

参考文献：

[1]李明.低氮燃烧器改造对NOX减排效果研究[D].华南理工大学，2013

[2]史建公，刘志坚，张毅，张敏宏，赵桂良.SCR脱硝催化剂国内专利技术进展[J].中外能源，2013，（05）：65-78.