电站燃煤锅炉降低氮氧化物排放的措施

1、概述

  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。在绝大多数燃烧方式下，主要成分是NO，约占NOX的90％多。NO是无色、无刺激气味的不活泼气体，在大气中的NO会迅速被氧化成NO2。NO2是棕红色有刺激性臭味的气体。NOX可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，较易受二氧化氮影响。

  NOX的生成主要由热力NOX和燃料NOX两部分组成，前者由参与燃烧的空气中所含的N2生成，后者由燃料本身的氮元素生成。

  在燃烧过程中降低NOX的生成的主要手段是采用分级燃烧，降低燃烧区域的氧浓度和降低火焰温度。此外还可以采用烟气处理技术在燃烧后降低烟气中NOX含量。

2、国内外排放标准的比较

  目前NOX的允许排放量标准在全世界倾向于更严格。各国对NOX的排放限制各不相同，限制非常严格的如德国，对300MW以上的机组，规定了200mg／m3的严格标准（本文所指NOX的数值如无特别说明，为标准状况下，O2＝6％，NOX为按NO2计算的干烟气中NOX含量），按这一标准，仅采用燃烧技术的改进目前是无法实现的，必须安装烟气净化处理的特殊装置。

3、国外降低NOX排放的研究

  采用LNB（低NOX燃烧器）可降低NOX排放40％～65％。采用LNB时一般与燃尽风（OFA）燃烧配合实施。

  3．1低NOX燃烧器

  （1）直流浓淡燃烧器

  最为典型的是日本三菱的PM型（PollutionMinimum）燃烧器。其特点使用最简单的惯性煤粉浓缩器将一次风煤粉流分为两股，一股为富燃料风粉流，另一股为贫燃料风粉流。

  （2）旋流浓淡燃烧器

  通过改进燃烧器出口结构，形成分级燃烧，降低NOX排放。国外B＆W公司，MitsuiBabcock公司等不断有新的业绩。

  3．2燃尽风（OFA）燃烧

  大约占10％～25％的二次风从燃烧器上方设置的燃尽风喷口送入炉膛。其目的使燃烧器的炉内燃烧分2个阶段：主燃烧区火焰温度降低，热力型和燃料型NOX生成均减少，当烟气上升至OFA喷口时，未完全燃烧的燃料可燃物和部分还原性气体重新燃烧，此处燃烧温度低于主燃烧区，保证降低NOX和完全燃烧。

  3．3磨煤机煤粉分离器的研究

  美国巴威公司有旋转型的煤粉分离器。德国在一些机组改造时也改用旋转分离器。在三菱低NOX燃烧系统中的中速磨煤机或钢球磨煤机上部装有三菱旋转式分离器（MRS）。如同常规分离器一样，从MRS出来的粗粉再次磨成细粉进入燃烧器。在MRS的旋流叶的作用下可提供更合适的煤粉级配，同样筛孔下的煤粉细度，例如筛孔尺寸为74μm，新型分离器给出的粗粒的煤粉（R149）要比常规分离器的少得多。这对燃烧过程的经济性具有很大意义，因为在应用各种降低NOX技术方法时，正是未燃尽的粗煤粒增大了排放物和飞灰含碳量。

3．4三级燃烧技术

  在上部燃烧器上方的燃烧室加入少量燃料，并且通常不需加风，而是加入再循环烟气，由此使燃烧室中生成还原区。向上述燃烧室加入少量燃料，能使未完全燃尽的燃烧产物再燃，直到烟气离开燃烧室为止，这样可降低NOX排放。

  3．5烟气处理技术

  烟气处理技术，如SCR（选择催化还原法）和SNCR（选择非催化还原法），AC（活性碳法）和DESONOX／SNOX（催化剂联合脱硝脱硫）等。

4、我省NOX的排放情况

  我国燃煤电站锅炉固态除渣炉NOX的排放范围为600～1200mg／m3，其中直流燃烧器600～1000mg／m3，旋流燃烧器为1000～1200mg／m3。浙江省内电站燃煤锅炉均为固态除渣，主要是直流燃烧器，采用旋流燃烧器的锅炉数量近年来有所增加。省内NOX的排放数据较国内平均状况要好，根据已有的测量数据，其大致范围是直流燃烧500～820mg／m3，旋流燃烧为600～850mg／m3。影响锅炉NOX排放的因素主要有燃料种类，炉膛容积热负荷，燃烧器结构，运行方式等有关。分析我省电站锅炉的NOX的测量数据较国内普遍情况要好，其原因是燃料中氮含量较低（Nar＝0．6％～0．7％），而外省的一些技术文献中指出当地的燃料的Nar可高达1．1％。有文献指出：对固态排渣炉而言，有80％的NOX是由燃料中的氮生成的。

5、省内降低氮氧化物排放措施

  根据我国和我省的现状，对现有机组适宜采用而且切实可行的降低NOX的方法是：改进锅炉运行方式和提高控制燃烧技术。一般认为，通过燃烧调整，可使NOX的排放降低15％～25％以上。同时更为重要的要有具体的落实措施：如实现送风和送粉均匀的监控装置。

  近期实际可行的降低NOX的方法是（按重要性排列）：粉管道间的燃料平衡（目标是±5％）；燃烧器间的送风平衡（CO＜70mg／L，在低氧的条件下）；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。

  如对冲燃烧方式锅炉的每个燃烧器的送风平衡的实现，较为可行的办法是在实现燃料平衡后，利用停炉期间安装的省煤器出口永久性烟气多点网格取样测点，由测试工程师循环测试多点（通常可多至24点）的CO、O2和NOX，在每点的CO含量应较低，理想的值是小于40mg／L，如果存在较高的CO，将调整相应的单个和相关组的燃烧器的风环，以消除高CO，一旦此目标实现，再降低O2，然后重复以上过程。

  对于我省125MW、200MW机组采用的一次风集中送粉燃烧器，可采用各层燃烧器燃料分配调整的简单而有效的方法来降低NOX。

  同时，应考虑低NOX燃烧器和制粉系统的改造，如磨煤机出口分离器可考虑研究采用旋转型的煤粉分离器，燃烧器采用浓淡型等。