维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年９月 电 力 环境保护 第１８卷第３期 一项降低电厂ＮＯｘ排放量的技术 何育东，雷兆团，柳宏刚，张安生 Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ＮＯｘ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ （国家电力公司热工研究院，陕西西安次风配风方式，可达到降低ＮＯｘ排放量的目的。 关键词：燃烧调整；ＮＯｘ排放；降低 ７１００３２） 摘要：对某厂现有锅炉的燃烧调整试验表明，针对不同的锅炉和煤种，通过调整锅炉运行的过剩空气系数或改变二 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ＮＯ×ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ａｄ－ ｉｕｓｔｉｎｇ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ａｉｒ ｒａｔｉｏｎ ｏｒ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａ￣ａｉｒ ｆｌｏｗ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄ ｃｏａｌ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ；ＮＯ×ｅｍｉｓｓｉｏｎ 中图分类号：ＴＭ６２１．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—４０３２（２００２）０３—００１６—０３ 氮氧化物是电站锅炉的有害排放物之一。它不 仅危害动、植物的生长和健康，而且会形成光化学烟 系数运行、降低热风温度、降低燃烧室的热负荷、分 级燃烧、浓淡燃烧、再燃烧、烟气再循环和采用低 雾和酸雨，危害我们赖以生存的环境。减少氮氧化 物的排放已越来越为世界各国所重视。电站锅炉产 生的氮氧化物以ＮＯ和ＮＯ２为主，一般统称为ＮＯｘ。 ＮＯ 燃烧器等措施。针对不同的锅炉类型和煤种， 有针对性地选择上述１种或几种技术措施，就能达 到降低ＮＯ 排放量的目的。对于现役锅炉，通过改 变运行方式同样可以实现低ＮＯ 燃烧，达到不需要 目前世界上降低锅炉燃烧产生ＮＯ 的措施分为３ 类，即使用低氮燃料或燃料脱氮、烟气净化和低ＮＯ 燃烧技术。在我国，由于能源和投资成本方面 的原因，上述前２类技术并不适合目前的国情。而 进行设备改造就能降低ＮＯ 排放量的目的。本文 以某电厂１台锅炉的试验为例，介绍该技术的应用。 低ＮＯ 燃烧技术能在不显著增加设备投资甚至不 投资的情况下降低ＮＯ 排放量，是一种值得现阶段 在我国大力推广应用的技术。根据燃烧过程中ＮＯ １ 设备概况 某电厂１号炉为ＨＧ一４１０／１００—１０型单汽包自 然循环、四角切圆燃烧、平衡通风、中间储仓式制粉 的生成机理，可以将ＮＯ 分成３种：燃烧用空气中的 Ｎ：在高温下氧化而生成的热力ＮＯ 燃料中的有机 氮化合物在燃烧过程中氧化生成的燃料ＮＯ 碳化 氢系燃料在燃烧时分解的中间产物和Ｎ，反应生成 系统、乏气送粉、固态排渣煤粉炉，配ＩＯＯＭＷ汽轮机 组。燃烧器组总高为４．７１２ｍ，有３层一次风和５层 二次风，其布置方式详见图１。 该厂配置的是直流气动阻滞增浓型燃烧器。设 计一、二次风速分别为３０ｍ／ｓ和４８ｍ／ｓ；一、二次风率 分别为３Ｏ％、６６％；炉膛深９．９８ｍ、宽９．９８ｍ、容积 ２ １７１ｍ３。的瞬间ＮＯｘ。其中热力ＮＯｘ是ＮＯｘ的主要组成部 分。低ＮＯ 燃烧技术的研究结果表明，为降低ＮＯ 的生成应遵循以下原则：①降低燃烧区域的平均温 度和峰值温度；②减少燃料周围的氧浓度；③尽量延 设计燃烧区域断面热负荷３．１ＭＷ／ｍ２，炉 膛容积热负荷为０．１４２ＭＷ／ｍ３；管式空气预热器；热 风温度３３０ｏｃ；燃用烟煤，煤质特性见表１。 长燃料在低氧环境下燃烧的时间。据此原则，目前 得到应用的低ＮＯ 燃烧技术通常包括低过剩空气 表１某电厂燃煤煤质 ｌ６ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２正 何育东等：一项降低电厂ＮＯｘ排放量的技术 第３期 上二次风 上一次风 中上二次风 中二次风 中一次风 中下二次风 下一次风 下二次风 图１燃烧器布置情况 满负荷运行时，对应上、中、下层燃烧器的排粉 机转速分别为３００、３５０、４００ｒ，省煤器出口烟气中Ｏ２ 的体积分数控制在５％～６％，此时ＮＯｘ排放质量浓 度约为１ １００ｍｇ／ｍ３（本文均指标准状态下、 （０２）＝ ６％时干烟气中ＮＯｘ的质量浓度，以ＮＯ２计）。 ２试验与结果讨论 通过对电厂现有设备、锅炉运行条件和燃用煤 质的分析，制定了改变锅炉运行过剩空气系数和二 次风配风方式对ＮＯ 排放量影响的试验方案。同 时，为了解方案对锅炉运行经济性的影响，还进行了 锅炉热效率测试。 ２．１过剩空气系数的影响 改变锅炉运行的过剩空气系数，就是改变进人 炉膛的总空气量。该试验是通过调整省煤器出口处 烟气含氧量实现的。本次进行了３种工况的试验， 其结果见表２。 表２锅炉过剩空气系数的影响 从试验结果可以看出，省煤器出口烟气中Ｏ 的 体积分数从５．４％降至２．４％，ＮＯｘ排放质量浓度则 从１ １０１ｍｇ／３降至８１７ｍｇ／ｍ３，降幅达到２５％。这 是因为降低人炉总风量而减少了炉内的氧浓度，使 热力ＮＯｘ和燃料ＮＯｘ都随之减少。同时在含氧量 降低的过程中，尽管飞灰和炉渣的可燃物含量略有 增加，使得固体不完全燃烧损失稍有增大，但排烟热 损失却随排烟氧量降低而下降，总体作用的结果使 得锅炉效率略有提高。 ２．２配风方式的影响 为了解锅炉在不同的二次风配风方式下ＮＯｘ 的排放情况，控制省煤器出口烟气中Ｏ２体积分数在 ４．０％～４．２％之间，进行了４个不同配风方式的试 验。试验时二次风挡板的开度见表３。试验结果见 表４。 表３不同工况时二次风的挡板开度 工况 １—３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 上二次风 １００ ８５ １００ １００ ２５ ９０ ９０ 中上二次风 ｌ５ ７５ ６０ ８５ ４ｏ ７５ ７５ 中二次风 ８Ｏ ８０ ２Ｏ ６０ ６０ ３Ｏ ３Ｏ 中下二次风 ２５ ７Ｏ ６０ ４ｏ ８５ ２５ ２５ 下二次风 ８５ ７０ １００ ２５ １００ ５０ ６０ １７ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年９月 电 力 环境保护 第ｌ８卷 第３期 从表４可以看出，改变二次风的配风方式对锅 炉热效率影响不明显，但对ＮＯ 排放却有明显的影 响，其中倒塔型配风方式下的ＮＯ 排放浓度最小。 这是因为在倒塔型配风方式下，下、中层一次风携带 的煤粉是在缺氧富燃条件下燃烧的，在这种条件下， （１）燃烧温度不高，从而燃料ＮＯｘ和热力ＮＯｘ的生 成量都有所降低；（２）生成大量的ＣＯ，它与煤粉中氮 化合物分解生成的氰化物和氨组分相互复合，或将 已生成的ＮＯｘ还原分解，从而抑制了燃料ＮＯｘ的生 成。而对于上层一次风携带的煤粉，由于周围风量 很大，燃烧温度不高，热力ＮＯ 的生成量也不大，而 上部缺燃富氧的环境也使得下部未燃尽的煤粉和可 燃气体得以燃尽。但倒塔型配风方式因下二次风挡 板开度太小，“托”不住煤粉，导致炉渣可燃物含量较 高。正塔型配风方式下的情况正好与倒塔配风相 反，因而ＮＯ 排放浓度最大，这是实际应用中应该 避免的配风方式。 ２．３复合工况的影响 根据上述试验的结果进行了２个低氧量运行加 近似倒塔配风方式下的复合试验（工况８、９）。所谓 近似倒塔型就是在倒塔型配风方式的基础上，适当 开大下二次风挡板开度，以降低炉渣可燃物含量。 试验结果见表５。 表５复合工况试验结果 由表５可见，采用工况８，ＮＯｘ质量浓度大幅降 至５５４ｍｇ／ｍ ，说明低氧量运行加倒塔配风使得降低 ＮＯ 排放量的作用更明显，但美中不足的是飞灰和 炉渣可燃物含量偏高，致使锅炉热效率有所下降。 为了在降低ＮＯ 的同时兼顾锅炉运行的经济性，工 ｌ８ 况９略微提高了运行氧量并增加了下二次风挡板开 度。此时，ＮＯｘ的排放浓度为６９３ｍｇ／ｍ３，较试验前 降低了近３７％，而锅炉热效率却没有降低。 ３ 结语 此次的调整试验结果说明，对现役锅炉，在不进 行技术改造和不增加设备投资的情况下，通过适当 的运行调整，也能达到降低ＮＯ 的目的。本试验采 用的一个重要措施就是低氧燃烧，此燃烧方式不仅 能降低燃烧的峰值温度，而且减少了燃烧用空气中 的氮气和燃料中氮化合物的氧化机会，是最易实现 的低ＮＯ 燃烧技术。研究表明，除了燃烧性能很差 的无烟煤、贫煤和劣质烟煤以外，其他煤种都可以实 现低氧燃烧。本试验锅炉燃用的是燃烧性能很好的 高挥发分烟煤。低氧燃烧不仅明显地降低了ＮＯ 排放量，对锅炉也没有负面影响。而且，由于低氧运 行降低了燃烧强度，还缓解了锅炉原有的结渣问题。 但需要强调的是对某些煤种，需要采取一些措施，以 防止化学和固体不完全燃烧损失的大幅度增加。本 例采取的另一个措施是调整二次风的配风方式。通 过调整二次风的配风方式，不仅可以降低煤粉燃烧 的峰值温度，而且可以在下部燃烧器中形成局部的 低氧富燃区域，这有利于抑制ＮＯ 的产生，而同时 在燃烧器上部形成的富氧低燃区域也使得燃料得以 燃尽。一般来说，燃烧器组的高度越高，越容易实现 和扩大低氧富燃区域。 总之，针对不同的锅炉和燃用煤种，可以通过１ 种或几种运行方式的改变，达到降低ＮＯ 排放量的 目的。需要指出的是，在应用这些措施的同时，应充 分考虑锅炉的运行经济性和安全性。 参考文献： ［１］诺曼・奇格（美）．能源、燃烧与环境［Ｍ］．北京：冶金工业出版社， ｌ９９１． ｆ２］曾汉才．燃烧与污染［Ｍ］．武汉：华中理工大学出版社，１９８９． 收稿日期：２００２．Ｏ２＿０ｌ；修回日期：２００２—０６—２２ 作者简介：何育东（１９６８一），男，广东丰顺人，高级工程师，主要 从事锅炉及辅机、脱硫装置的试验研究。
