國家對電廠NOx排放的要求

【專家解說】：燃煤燃燒過程中排放的NOX氣體是危害大，且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。我國是燃煤大國，開展對降低NOX排放的治理具有十分重要的意義。 國內(nèi)外在降低鍋爐NOX排放方面進(jìn)行的工作大致可分為以下3個方面： （1）鍋爐燃燒技術(shù)的改進(jìn)。 （2）無催化情況下向爐內(nèi)噴氨水。 （3）有催化物的氨水噴射系統(tǒng)。 后兩類技術(shù)都是在鍋爐燃燒生成NOX以后，用氨來還原NOX。這不僅增加設(shè)備投資和運行維護(hù)費用，還可能引起預(yù)熱器等鍋爐尾部受熱面的堵塞等。因此，要降低NOX的排放量，更有效的方法是改進(jìn)爐內(nèi)燃燒狀況。 1 燃燒技術(shù)的改進(jìn)措施 目前，鍋爐燃燒技術(shù)的改進(jìn)主要有：低NOX燃燒器；分段燃燒技術(shù)；爐膛內(nèi)降低NOX技術(shù)和煙氣再循環(huán)等。有關(guān)資料表明，綜合考慮NOX值和成本兩個方面，使用低NOX燃燒器和爐膛內(nèi)降低NOX是既經(jīng)濟(jì)又最有效方法。 爐膛內(nèi)降低NOX技術(shù)包括： （1）采用分級混合燃燒，降低氧濃度和燃燒溫度以及將燃燒器噴嘴出口燃料分為濃稀兩相。在主燃燒器實行低氧，低溫燃燒降低NOX生成。在燃燒器頂部設(shè)置燃燼風(fēng)噴嘴（OFA），配以不同的風(fēng)量，燃盡在主燃燒區(qū)低氧條件下產(chǎn)生的未燃?xì)怏w和碳份。分級燃燒主要使燃燒完全和降低NOX排放為最佳。 （2）采用分級配風(fēng)的方法有： 1）在配風(fēng)方式上使煤粉氣流與“二次風(fēng)”氣流的混合燃燒分為兩個“區(qū)域”進(jìn)行。在一次燃燒區(qū)內(nèi)煤粉是在“缺氧”（一般控制空氣系數(shù)n＝0． 7～0．75）的工況下進(jìn)行著火燃燒。一次燃燒區(qū)中未燃盡的煤粉顆粒（焦碳）與余下的燃燒空氣（分級二次風(fēng)）在二次燃燒區(qū)進(jìn)行混合、燃盡。 2）燃燒器主風(fēng)箱中設(shè)置一定數(shù)量的富裕噴嘴，當(dāng)煙氣中未燃物上升到排放標(biāo)準(zhǔn)以上時，分別投入運行。 （3）控制送入爐膛的燃料和風(fēng)量分配均勻，通過測量把燃料偏差控制在5％以內(nèi)，風(fēng)量偏差在10％以內(nèi)，達(dá)到優(yōu)化燃燒，降低NOX的目的。 2 國外開發(fā)的低NOX燒煤燃燒器 （1）墻置式分級混合燒煤燃燒器（西德斯坦因繆勒公司生產(chǎn)） 燃燒器為圓形墻置式，前后墻對沖布置的軸向旋流燃燒器，從燃燒器中心管圓形截面流出的是中心二次風(fēng)。燃燒器燒油時才投入中心二次風(fēng)，燒煤時其中心二次風(fēng)擋板幾乎處于關(guān)閉狀態(tài)。煤粉一次風(fēng)氣流是由環(huán)行截面噴入爐膛。除中心風(fēng)外，下剩的二次風(fēng)分成周界風(fēng)和分級風(fēng)兩部分。周界風(fēng)的環(huán)行噴口處于煤粉噴口的外側(cè)，兩者同心。分級風(fēng)的噴口布置在燃燒器外圍，該噴口可以是圓形的也可以是縫隙式。分級風(fēng)用擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)。煤粉一次風(fēng)和周界風(fēng)在燃燒器出口附近形成一個低于理論空氣量運行的一次燃燒區(qū)。而分級風(fēng)以分股射流的方式從一次火焰外部噴入燃盡區(qū)，保證了煤粉的完全燃燒。 Weihen電站0．7萬kW燃煤鍋爐改裝為分級混合燃燒器后，滿負(fù)荷運行時，當(dāng)分級風(fēng)接近關(guān)閉時，測得鍋爐的NOX排放量為 550 mg／m3，投用分級風(fēng)后，當(dāng)控制一次燃燒區(qū)的空氣系數(shù)為n1＝0．9時，NOX排放量為335 mg／m3，約減少了40％；當(dāng)n1＝0．75 時，NOX排放量為270 mg／m3，約減少了50％。 （2）多股火焰燃燒器（美國福斯特惠勒（FW）公司生產(chǎn)） 該燃燒器采用兩層二次風(fēng)，煤粉一次風(fēng)氣流經(jīng)環(huán)行通道噴出四股射流，每股射流各自形成火焰。此燃燒器一次風(fēng)的多股噴射和二次風(fēng)的雙層配風(fēng)方式，能保證在噴口6．83～3．05 m的范圍內(nèi)，燃燒區(qū)的空氣量維持在60％～70％的理論空氣量。預(yù)期的鍋爐的NOX排放量為0． 21 b／106 Btu（150～155mg／m3）。 （3）DMB燃燒器（美國能源和環(huán)境研究所（EER）生產(chǎn)） 具有3個同心的環(huán)行噴口中心煤粉一次風(fēng)噴口和內(nèi)外層雙調(diào)風(fēng)器的二次風(fēng)噴口。以上3個噴口供給的風(fēng)量總和為70％的理論空氣量。另外，在燃燒器的周圍布置了幾個空氣噴嘴，引入的三次空氣量使鍋爐爐膛具有20％的空氣過剩量，用以保證煤粉顆粒的燃盡。預(yù)期的鍋爐的NOX排放量為0． 451b／106 Btu。 （4）SGR煤粉燃燒器（日本三菱重工生產(chǎn)） 其結(jié)構(gòu)是煤粉一次風(fēng)噴嘴與輔助二次風(fēng)噴嘴相間布置，與傳統(tǒng)的切向燃燒器相比，SGR煤粉燃燒器在結(jié)構(gòu)上具有如下特點： 1）在煤粉噴嘴的上下方各布置一個再循環(huán)煙氣分隔（SGR）噴嘴，通過SGR噴嘴向爐膛噴入再循環(huán)煙氣。 2）由于SGR噴嘴的存在，使煤粉隔倉和輔助 三次風(fēng)的間距加大。 3）SGR的煤粉噴嘴出口是漸擴型，用以保證煤粉氣流靠近噴嘴出口發(fā)生著火，并起著穩(wěn)定火焰的作用。 SGR射流對一、二次風(fēng)射流的分隔作用，把煤粉的燃燒過程分為兩個燃燒區(qū)，它的NOX排放量是一次燃燒區(qū)生成的（NOX）p和二次燃燒區(qū)生成的（NOX）s的總和。預(yù)期鍋爐的NOX排放量為0．21b／106 Btu（150～155 mg／m3）。 （5）HTNR低NOX燒煤燒器（荷蘭拔伯葛－日立公司生產(chǎn)） HTNR燃燒器的火焰能提供使主燃區(qū)生成的部分NOX在火焰中再度被還原的必要條件，從而降低火焰中的NOX。 （6）切向燃煤PM（Polution Minimun）燃燒器（三菱重工研制） 三菱重工研制的切向燃煤PM燃燒器，PM燃燒器的關(guān)鍵部位是分離器，它由靠近燃燒器的一次風(fēng)管的一個彎頭及兩個噴口組成。煤粉氣流流過分離器時進(jìn)行簡單的慣性分離，富粉流進(jìn)入上噴口，貧粉流進(jìn)入下噴口，實行濃淡分離。此外，如果在PM燃燒器上部設(shè)置頂部燃燼風(fēng)噴口，使PM燃燒器區(qū)域處于富燃區(qū)，頂部燃燼風(fēng)噴口處于燃燼區(qū)，形成分級燃燒，可使NOX進(jìn)一步降低。所以，PM燃燒器實際上是集煙氣再循環(huán)、分級燃燒和濃淡燃燒于一體的低NOX燃燒系統(tǒng)。這種燃燒器的NOX生成量較SGR燃燒器的低，比常用的直流燃燒器煤粉火焰更低，因而稱為污梁物最少型燃燒器。 據(jù)報導(dǎo)，PM燃燒器的NOX值為：燒氣為30mg／m3，燒油為80 mg／m3，燒煤為150 mg／m3。與常規(guī)燃燒器相比，PM燃燒器可使NOX的生成量減少60％。 （7）A－PM燃燒器（三菱重工研制） A－PM燃燒器主要的特征為： 1）用內(nèi)置式煤粉濃淡分離器，形成煤粉濃淡分布。 2）大寬度燃燒器。 3）分割式燃燒器風(fēng)箱代替常用的整體式燃燒器風(fēng)箱。 4）減少燃燒器噴嘴數(shù)。 其原理是希望在PM燃燒器基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低NOX。在燃燒器著火區(qū)，一次風(fēng)煤粉濃淡分離后，把濃粉氣流集中分布在外側(cè)，并增大燃燒器寬度來增加從周圍吸收熱量，目的是實現(xiàn)低空氣比和高溫環(huán)境；在燃燒器到燃盡區(qū)，除了要低的空氣比和提高溫度，還要求風(fēng)粉混合良好，并加長停留時間，采取的措施是將燃燒器風(fēng)箱分割開使?fàn)t膛高度方向的空氣分割，來實現(xiàn)爐內(nèi)流動的最佳化，并擴大NOX還原區(qū)；燃盡區(qū)以后，要求低溫、低空氣比，而且還得防止產(chǎn)生高飛灰含碳可燃物，因此需特別均勻地降低爐內(nèi)空氣比，使氧氣擴散均勻。 3 用煤粉再燃降低NOX的技術(shù) （1）煤粉再燃燃燒技術(shù)機理 燃料燃燒過程中，將燃燒分成3個區(qū)域：一次燃燒區(qū)，為氧化性或稍還原性氣氛；在第二燃燒區(qū)，為還原性氣氛，將二次燃料送入，則生成CH基團(tuán)，這些基團(tuán)與一次燃燒區(qū)內(nèi)生成的NO反應(yīng)，最終生成N2；這個區(qū)域通常成為再燃燒區(qū)，二次燃料別稱為再燃燃料，最后送入二次風(fēng)，使燃料完全燃燒，因此，成為燃盡區(qū)，這就是再燃燒技術(shù)的機理。 （2）再燃燃料的選取 根據(jù)再燃的原理，再燃區(qū)的還原性氣氛中最利于NOX還原的成分是烴（CHi），因此，選擇二次燃料時應(yīng)采用能在燃燒時產(chǎn)生大量烴根而又不含氮類的物質(zhì)。丙烷和其它燃料相比，能最有效地降低NOX，這是因為丙烷能產(chǎn)生大量烴根而沒有額外的氮類成分。而在所有燃料中，氫氣降低NOX的效果最差，因為它本身不能產(chǎn)生烴根是用天然氣、油和煤作為二次燃料時降低NOX濃度效果的比較。顯然，天然氣是最有效的二次燃料。研究還表明，氣態(tài)烴燃料還原NOX的能力隨著烴分子中碳原子數(shù)目的增加而增加，因此，氣態(tài)烴是最好的二次燃料。 再燃燃料作為二次燃料，一般是在還原性氣氛中燃燒，對于鍋爐爐膛來說，一般都是在爐膛的燃燒區(qū)的上部，因此，再燃燃料必須易著火，易燃盡。 （3）三次風(fēng)煤粉作為再燃燃料的可能性分析 統(tǒng)，改進(jìn)的成本的運行的安全性都不方便。根據(jù)測試發(fā)現(xiàn)，三次風(fēng)煤粉粒度比一次風(fēng)煤粉粒度明顯要?。ㄈ绫?所示），易著火，易燃燼，比較適合再燃燃料的要求。 另外，對于鍋爐膛內(nèi)的燃燒工況而言，當(dāng)三次風(fēng)投入時，相當(dāng)于增設(shè)了頂部燃燒區(qū)，實行分級燃燒，在燃燒器區(qū)域形成富燃區(qū)，三次風(fēng)噴嘴附近形成燃盡區(qū)，使排放量降低，此外，含粉三次風(fēng)還可起到還原已生成NOX的作用，使NOX進(jìn)一步下降。當(dāng)然，使用三次風(fēng)細(xì)粉再燃降低NOX的方法也會出現(xiàn)一定的問題，如磨煤乏氣中煤粉燃燒火焰長度不足，飛灰可燃物含量增加，火焰中心上移，引起出口結(jié)渣，過熱器超溫等不良現(xiàn)象。 但是通過改造三次風(fēng)將其作為再燃燃料送入爐膛，實行再燃燒技術(shù)還是值得研究的。由于三次風(fēng)含粉量較少(占總粉量的10%-15%)，為滿足再燃區(qū)過量空氣系數(shù)a2<1的要求，必須對三次風(fēng)進(jìn)行濃縮。只要濃縮后的三次風(fēng)噴入爐膛后，形成富燃料的二次燃燒區(qū)(即再燃區(qū))，就可生成大量 CH基團(tuán)，這些基團(tuán)與主燃燒區(qū)生成的NOX發(fā)生反應(yīng)，最終生成N2，即可降低NOX的排放量。這就是說，將原有的燃燒方式改造成再燃燃燒方式。這對我國大量的中間儲倉式熱風(fēng)送粉鍋爐是值得考慮的。 推薦去看看 1.曾漢才。燃燒與污染[M]。武漢:華中理工大學(xué)出版社，1992. 2.劉亮，等。熱風(fēng)送粉系統(tǒng)的低燃燒技術(shù)的改進(jìn)[J。長沙電力學(xué)院學(xué)報，1997，12(1):86-89. 3.鐘北京，傅維標(biāo)．氣體燃料再燃對NOX還原的影響〔J〕．熱能動力工程，1999，1（14）．