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文档简介
1、实用标准文案 NOx生成及控制措施 一概述 中国是一个以煤炭为主要能源的国家,煤在一次能源中占 75 %, 其中84 %以上是通过燃烧方法利用的。煤燃烧所释放出废气中的氮氧化 物(NOx),是造成大气污染的主要污染源之一。氮氧化物(NOx)引起的 环境问题和人体健康的危害主要有以下几方面:氮氧化物 (NOx)的主要危害: (1) NOx对人体的致毒作用,危害最大的是NO2,主要影响呼吸系统, 可引起支气管炎和肺气肿等疾病;(2)NOx对植物的损害;(3)NOx是形 成酸雨、酸雾的主要污染物;(4)NOx与碳氢化合物可形成光化学烟 雾;(5)NOx参与臭氧层的破坏。 (2) 不同浓度的NO2对人
2、体健康的影响 浓度(ppm) 影响 1.0 闻到臭味 5.0 闻到很强烈的臭味 10-15 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 50 1分钟内人体呼吸异常,鼻受到刺激 80 3 - 5分钟内引起胸痛 100-150 人在30-60分钟就会因肺水肿死亡 200以上 人瞬间死亡 二、燃煤锅炉NOx生成机理 氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的 NOx 有多种不同形式:N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 禾口 N2O5 , 其中NO和NO2是重要的大气污染物,另外还有少量N2O。我国氮氧 化物的排放量中70 %来自于煤炭的直接燃烧,电力工业又是我 国的燃煤 大户,因此火力发电厂
3、是NOx排放的主要来源之一。 煤的燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx )主要是一氧化氮(NO)和 二氧化氮(NO2 ),在煤燃烧过程中氮氧化物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密切相尖。燃烧 形成的NOx生成途径主要由以下三个:为燃料型、热力型和快速型3 种。其中快速型NOx生成量很少,可以忽略不计。 1. 热力型NOx 指空气中的氮气(N2 )和氧(02)燃料燃烧时所形成的高温环 境下生成的NO和NO2的总和,其总反应式为: N2O22NO NO O2 NO2 当燃烧区域温度低于1000 c时,NO的生成量较少,而温度在 1300 C 1500 C时,NO的浓度约
4、为500 lOOOppm,而且随着 温度的升高,NOx的生成速度按指数规律增加,当温度足够高时热力型 NOx可达20%。因此,温度对热力型NOx的生成具有绝对性的作用, 过量空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大 影响。 根据热力型NOX的生成过程,要控制其生成,就需要降低锅炉炉 膛燃烧温度,并避免产生局部高温区,以降低热力型NOX的生成。 2. 燃料型NOx 燃料型NOx的生成是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而 生成的NOx,称为燃料型NOx。燃煤电厂锅炉中产生的NOx中大约 75%90%是燃料型NOx,因此燃料型NOx是燃煤电厂锅炉 产生NOx 的主要途径。研究燃料型NOx
5、的生成和破坏机理,对于控制燃烧过程 中NOx的生成和排放,具有重要的意义。在燃料燃烧生成NOx的过程 中如遇到怪(CHm)或碳(C)时,NO将会被还原成氮分子N2,,这 一过程中被称为NO的再燃烧或燃料分级燃烧。根据这一原理,将进入 锅炉炉膛的煤粉分层分级引入燃烧,可以有效 地控制NOx的生成与排 放。 燃料型NOx的生成和破坏过程不仅与煤种特性、燃料中的氮化合 物受热分解后在挥发分和焦炭中的比例、成分和分布有尖,而且其反应 过程还和燃烧条件(如温度和氧)及各种成分的浓度密切相尖。在燃料 进入炉膛被加热后,燃料中的氮有机化合物首先被热分解成氤 (HCN ),氨(NH4 )和CN等中间产物,它们
6、随挥发份一起从燃料 中析出,被称为挥发分N。挥发分N析出后仍残留在燃料中的氮化合 物,称为焦炭N。 在一般情况下,燃料型NOx的主要来源是挥发N,其占总量的 60%80%,其余为焦炭N所形成。在氧化性环境中生成的NOx,遇 到还原性气氛时,会还原成N2。因此锅炉燃烧最初形成的NOx,并不 等于其排放浓度,而随着锅炉燃烧条件的改变,生成的NOx可能被还 原,或被破坏。煤中的N在燃烧过程中转化为NOx的量与煤的挥发份 及燃烧过量空气系数有尖,在过量空气系数大于1的氧化性气氛中,煤 的挥发分越高,NOx的生成量就越多,过剩空气系数小于1,高挥发份 燃煤的NOx生成量较低,其主要原因是高挥发份的燃料迅
7、速燃烧,使燃 烧区域氧量降低,不利于NOx的生成。 综合的说,燃料型NOx指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热 分解,继而进一步氧化而生成NOx。其生成量主要取决于空气燃料的混 合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%90%。过量空气系数越 高,NOx的生成和转化率也越高。 3快速型NOx,指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH 等反应生成NOx。主要是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的区域燃 烧时所产生的坯,与燃烧空气中的N2发生反应,形成的CN和HCN继 续氧化而生成的NOx。在燃煤锅炉中,其生成量很小,一般 在燃用不含 氮的碳氢燃料时才予以考虑。 在这三种形式中,快速型NOx所
8、占比例不到5%;在温度低于1300 C时,几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料 型生成途径而产生。控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次 措施两类,一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成 量;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脫除。 三、燃煤锅炉NOx生成因素 1. 炉温对NOX生成的影响:炉温主要影响热力NOX的生成量从而 影响总的NOX生成量。炉温越高,所占比例越大。 2. 过剩空气系数对NOX生成的影响:过剩空气系数对燃料NOX、 热力NOX及快速NOX均有影响,但影响的趋势不同,当a开始增加 时,热力NOX和燃料NOX都增加,当
9、超过1.1时热力NOX减少,燃料 NOX继续增加,总的NOX随a的增加而增加。 3预热空气温度对NOX生成的影响:如果提高预热空气温度,则煤 粉着火提前,这样可提高炉内温度水平,使热力NOX增加,同时燃烧 初始区的温度水平,使挥发分大量析出,因而挥发分NOX大量增加。 所以预热空气温度越高,NOX生成量越多。 4煤质对NOX生成的影响: (1 )挥发分的影响:当挥发分增加时,着火提前,温度峰值和平均温 度均会有所提高,热力NOX增加;同时挥发分含量增多,使得燃料型 NOX也会提高; (2) 水分的影响:水分增加,着火延迟,则燃料与空气之间的混合良 好,即着火区氧浓度增加,燃料中的氮在着火阶段停
10、留时间增加,反应 充分,故燃料型NOX增加。另外,水分增加,发热量降低,温度水平 降低,热力型NOX降低,但总NOX的生成量增加。 (3) 含氮量的影响:随含氮量的增加,NOX增加。 5煤粉细度对NOX生成的影响:在不考虑低氮燃烧时,煤粉细度越 细,则燃烧越快,温度越高,热力NOX越多;同时,煤粉加热快,温 度峰值高,则析出的挥发分多。而且此时与空气混合程度高,燃料NOX 多。 6负荷对NOX的影响:随着负荷的降低,炉膛温度降低,热力型 NOX生产量降低,但负荷降低,过量空气系数增加,总的燃烧区过量空 气量增加,燃料型NOX增加,因此,在负荷降低过程中,NOX含量先 降低后升高。 四、降低燃料
11、型NOx排放的主要技术措施 低NOx燃烧技术:NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度 和 过量空气系数,因此,通过控制燃烧区域的温度和空气量,已达到阻止 NOx的生成及降低其排放的目的,我们称该技术为低氮燃烧技术。对低 氮燃烧技术的要求是,在降低NOx的同时,使锅炉燃烧稳定,且飞灰 含碳量不能超标。为了控制燃烧过程中NOx的生成量所 采取的措施原则为:(1)降低过量空气系数和氧气浓度,使煤粉在缺 氧条件下燃烧;(2)降低燃烧温度,防止产生局部高温区;(3)缩短 烟气在高温区的停留时间等。低NOx燃烧技术主要包括:低过量空气 系数、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低NOx燃烧器。 1、
12、低过量空气燃烧 使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行,随着烟气中过 量氧的减少,可以抑制NOX的生成。这是一种最简单的降低NOX排放 的方法。一般可降低NOX排放15-20%。但如炉内氧浓度过低(3%以 下),会增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳量增加,使锅炉 燃烧效率下降。因此,在锅炉运行时,应选取最合理的过量空气系数。 2、空气分级燃烧 基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成,采用倒三角的配风方 式。在第一阶段预燃阶段,将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少(相当 于理论空气量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此 时第一级燃烧区内过量空气系数a 1的条件下完成全部燃烧过
13、程。 这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃 烧区内的过量空气系数越小,抑制NOX的生成效果越好,但不完全燃 烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因 此,为保证既能减少NOX的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可靠 性,必须正确组织空气分级燃烧过程。 3、燃料分级燃烧 在燃烧中已生成的NO遇到烧根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、 C和CnHm时,会发生NO的还原反应,重新还原为N2。利用这一原 理,将主要燃料送入第一级燃烧区,在a1条件下,燃烧并生成 NOXo送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料,其余15-20%的燃料则在 主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在a1的条
14、件下形成很强的还原性气 氛,使得在一级燃烧区中生成的NOX在二级燃烧区(再燃区)内被还原 成氮分子,送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料,或称再燃燃料。在 再燃区中不仅使得已生成的NOX得到还原,还抑制了新的NOX的生成, 可使NOX的排放浓度进一步降低。在采用燃料分级燃烧时,为了有效 地降低NOX排放,再燃区是尖键。因此,需要研究在再燃区中影响 NOx浓度值的因素。 4、烟气再循环 目前使用较多的还有烟气再循环法,它是在锅炉的空气预热器前抽 取一部分低温烟气直接送入炉内,或与一次风或二次风混合后送入炉 内,这样不但可降低燃烧温度,而且也降低了氧气浓度,进而降低了 NOX的排放浓度。但是,在现有
15、设备没再循环就得进行设备改造,还是 进行经济性和安全性比较后才能实施。 四、我厂燃烧器布置 我厂燃烧方式采用四角切圆燃烧。一、二次风喷口均可上下摆动, 摆动角度能达到设计值,最大摆角为30 o 喷口的摆动由能反馈电 信号的(420mA )的进口气动智能型执行机构来实现,执行机构有足 够的扭矩,能使燃烧器摆动灵活,四角同步,每个执行机构要求有一个 420mA位置反馈并送至DCS,燃烧器上设有摆动角度指示标志。 文档 主风箱设有五层强化着火煤粉喷嘴,在煤粉喷嘴四周布置有燃料 风 (周界风)。在每相邻两层煤粉喷嘴之间布置有一层辅助风喷嘴,在主 风箱上部设有三层紧凑燃烬风喷嘴,在主风箱下部设有一层二次
16、 风喷 嘴。在主风箱上部布置有高位燃烬风燃烧器,包括三层可水平摆 动的 分离燃尽风(高位燃烬风)喷嘴。SOFA风喷嘴可上下和左右水 平摆 动,来控制炉膛出口烟温偏差。 一次风喷口应采用防止烧坏或磨损的新型合金材料制造,当燃烧 器检修时,可以从外部进行拆装。燃烧器的设计和布置应保证 NOx 排放浓度不超过250mg/Nm3 (干基02=6%)。每台磨煤机出口由四 根 煤粉管道接至同一层四角布置的煤粉燃烧器,煤粉管道直径 530 XlOmm。在入口弯头和燃烧器之间布置有手动煤闸门,在检修时可以 起到隔断的作用。 一次风煤粉燃烧器采用水平浓淡形式并设置偏置周界风,形成浓 既可自动上下摆 动30的,又
17、可手 动左右摆动15 淡两股气流喷入炉膛,浓相煤粉在向火侧首先着火,然后点燃位于背火 侧的淡相使燃烧稳定持续。在煤粉喷嘴内装设波形钝体结构,一次风粉 混合物射流通过钝体时,下游产生一个稳定的回流区,使着火点 稳定; 钝体前端阻挡块,有利于稳定回流区;波形结构可增加一次风与炉内热 烟气接触面积。淡相煤粉配以偏置周界风提高了水冷壁附近 的氧量,增 加其氧化性气氛,更好地防止结焦、防止高温腐蚀。 五、燃烧调整措施 1 各班组要注意监视脫硝DCS画面各参数是否正常,保证脫硝入口 烟气NOx浓度在300 mg/Nm3以下,脱硝出口烟气NOx浓度 在100 mg/Nm3以下,女口 NOx浓度超标,应及时调
18、整。 2 锅炉燃烧氧量必须满足设计要求,依据机组负荷(当机组负荷大 于180MW时)及时开启燃尽风挡板,满负荷运行时必须保证燃尽风挡 板开度大于70%,氧量高时通过降低各层燃烧器二次风量进行调整,从 而实现燃烧区高温低氧、燃烬区低温高氧的燃烧方式。 3保持水冷壁受热面清洁,在机组负荷大于240MW时,必须投炉吹 进行水冷壁吹灰,防止水冷壁结焦造成炉膛温度升高。 4. 由于煤粉细度较细时炉内的火焰峰值温度较高,燃烧强度较大,可 使NOx排放有一定增加,在不影响飞灰含碳量的前提下,适当的调整 煤粉细度。 5. 由于降低热二次风温度可以降低炉内温度水平,从而达到降低 NOx排放量,在冬季适当控制暖风器出口风温,但必须确保排烟温度满 足要求。适当降低一次风量也可以引起Nox排放量的降低。 6由于负荷对NOx影响是很大的,在低负荷期间由于氧量偏大,致 使NOx含量增大,要求在低负荷时加强燃烧的调整,确保低负荷氧量 不超过当时负荷所对应的设定值,以减少NOx排放量。 7在满足磨煤机干燥、通风、磨煤出力的前提下,尽量降低一次风 率(保证磨煤机出口风速不低于25m/s ),适当提高二次风率,以实 现燃烧器分级燃烧的目的。 8采用调节二次风分风门的方法,合理控制二次风与炉膛
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