分析测试百科网 > 行业资讯 > 技术原理

柴油机中氮氧化合物(NOX)的生成机理及影响因素

2019.5.09

　　1 前言
　　NOx是大气中的主要污染物之一，它是由燃料与空气在高温燃烧时产生的，主要包括NO、NO2和N2O，其中NO占90％以上，NO2占5％-10％。NOx不仅危害人体健康，而且还是破坏环境、形成酸雨和光化学烟雾的重要物质。北京市锅炉污染物综合排放标准规定，新建燃煤锅炉NOX排放限值为250mg/m3。为满足北京市2008年绿色奥运要求，2006年北京市修订了此标准，进一步严格NOx排放限值。我公司#1-#4锅炉采用浙江大学热能工程研究所对NOx燃烧中的控制的各项技术，浙江大学低NOx控制技术以炉内控制NOx为主，结合空气分级燃烧、燃料的分级燃烧以及SNCR等各项技术，在我厂取得了良好的效果，在喷氨系统不投入情况下，锅炉NOx的排放在240mg/m3左右，当喷氨系统投入情况下，锅炉NOx的排放在100mg/m3左右。
　　2 燃料再燃烧技术
　　再燃技术是将锅炉炉膛分成主燃区、再燃区和燃尽区。主燃区供入全部燃料的70％-90％，采用常规的低过剩空气系数(а≤1．2)燃烧生成NOX；与主燃区相邻的再燃区，只供给10％-30％的燃料,不供入空气，形成很强的还原性气氛(a=0．8-0．9)，将主燃区中生成的NOX还原成N2分子；燃尽区只供入燃尽风，在正常的过剩空气(a=1．1)条件下，使未燃烧的CO和飞灰中的碳燃烧完全。
　　为了减少未完全燃烧损失，我厂锅炉三层一次风上面设置两层二次风作为燃尽风，再燃技术(MCR)的NOx脱除率一般为40％，最高可达50％。采用此技术，我厂锅炉燃烧器和二次风作了较大的改造。煤粉再燃烧技术，该技术可将NOx排放降低至280mg/m3(烟煤锅炉)以下,基本达到北京目前的排放标准。
　　3 空气分级燃烧技术
　　空气分级燃烧技术的基本原理与燃料再燃相似，也是通过将燃料过程分段来减少NOx的生成量。空气分级燃烧技术将燃烧用风分为一、二次风，通过减少煤粉燃烧区域的空气量来提高燃烧区域的煤粉浓度，并且通过分级配风设计来推迟一、二次风混合时间，使煤粉进入炉膛时形成富燃区，并在富燃区进行缺氧燃烧，从而降低燃烧型NOx的生成。然后缺氧燃烧产生的烟气再与补入的二次风混合，使燃料完全燃烧。空气分级燃烧，一般通过调整整组燃烧器顶部加装的燃尽风喷嘴的数量和位置，并使其风量占二次风总风量的14%左右，作为降低NOx的手段。根据燃用煤质情况的不同，二次风量的大小可沿高度实现不同的分级送风方式，即可保证煤粉的燃尽，又达到降低NOx的目的。与燃料再燃相比，空气分级燃烧也有着设备简单，改造、运行成本低，对机组运行影响较小等优点。目前，空气分级燃烧的脱销率一般在20%~30%之间。
　　4 SNCR技术在我厂应用
　　该技术是用尿素还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为900-1100℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。
　　此法的脱硝效率约为40%-60%，多用作低NOx燃烧技术的补充处理手段。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NOX的分布在炉膛对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨漏失量。在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应，则漏失的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到SO3会产生(NH4)2SO4易造成锅炉受热面腐蚀的危险，影响锅炉的安全运行。
　　尿素为还原剂，在炉膛中反应过程为：
　　(NH4)2CO→2NH2+CO（1）
　　NH2+NO→N2+H2O（2）
　　CO+NO→N2+CO2（3）
　　喷氨示意图
　　5 锅炉NOX的调整方法
　　5.1 在锅炉正常运行中，通过调整二次风风门的开度，采用分级配风，达到降低NOx的目的。二次风小风门的开度调节是控制NOx生成量的关键。五层二次风小风门中，第1层二次风（下二次风）起到拖住一次风粉的作用，其开度不宜过小，否则大渣的含碳量将增大，降低锅炉效率。但同时应当注意，低负荷时第1层二次风门应该适当关小，因为过大的下二次风量将使得燃烧初期为富氧条件，对NOx控制不利。满负荷时，第1层二次风门开度推荐值100％，低负荷时可适当下调，最低不宜低于60％。第4、5层二次风是燃尽风，大的燃尽风量有利于控制NOx的生成，同时燃尽风量加大可以增强燃尽风刚度，强化后期混合，对煤粉的燃尽有利。高负荷时建议第4、5层二次风门100％开度，低负荷时调低第4层风门开度。高负荷时，第2层二次风门建议20%~25%开度，第3层二次风门10~20%开度，以使主燃区送入二次风尽可能靠下，以提高燃尽率。低负荷时尽可能关小第2、3、4层二次风门，以实现分级燃烧，降低NOx排放。低负荷时应保证各层给粉机转速在400rpm以上，在保证燃烧稳定及蒸汽参数的前提下，可以停一定数量的一次风及相应的给粉机，保证煤粉燃烧初期的还原性气氛及一定的一次风粉浓度。从降低NOx排放和保证燃烧稳定性的角度考虑，建议优先停第三层喷口。将三次风冷却风门改为可调风门，以保证送风的可调性，在锅炉正常运行中，一般开度为20%-40%。锅炉NOx的排放在240mg/m3左右。
　　5.2 氧量对NOx排放影响。锅炉随着入炉氧量的增加，其NOx排放特性呈大致相同的趋势。这种现象可解释为：随着入炉氧量的增加，炉内燃烧区域供氧量也增加，燃烧强度加强，使炉内局部火焰温度上升，为燃料氮转化为燃料NOx提供了条件在正常运行中，锅炉氧量维持2.8%-3%为最佳。如图：
　　5.3 喷氨系统投入后，尿素喷入炉膛温度为900-1100℃的区域为最佳，一般投入第三层喷嘴。浓度12.5ppm，流量1吨左右，NOx排放在160 mg/m3左右。在#3锅炉07年8月16日试验中，锅炉蒸发量400吨，氧量2.8%，第二、三小风门开度分别为40%、20%，其余小风门全开。浓度12.5ppm，流量3吨左右，投入第一、二、三层喷嘴，NOx排放在80 mg/m3左右。通过这次试验，NOx排放在100 mg/m3以下，达到了满意的结果。
　　6 我燃煤电厂NOX控制建议和结论
　　6.1 锅炉现场试验结果显示，随着过量空气系数的增大，锅炉NOx生成量是增加的，在正常运行中，建议锅炉氧量维持2.8%-3%为最佳。
　　6.2 关于小风门的调整，第二、三小风门开度尽量关小，其余小风门尽量开大，具体开度视负荷而定。三次风冷却风门改为可调风门，以保证送风的可调性，在锅炉正常运行中，一般尽量关小。
　　6.3 喷氨系统投入后，，一般只投入第三层喷嘴，尿素喷入炉膛最佳区域，即可达到良好效果。