NOx生成及控制有效措施

NOx生成及控制措施
一归纳
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％以上是经过燃烧方法利用的。

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 参加臭氧层的破坏。

(2)不同样浓度的 NO2对人体健康的影响
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、呼吸道碰到强烈刺激
50 1 分钟内人体呼吸异常，鼻碰到刺激
803－5 分钟内引起胸痛
100-150人在 30－60 分钟就会因肺水肿死亡
200 以上人刹时死亡
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。

平时所说的
NOx有多种不同样形式： N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和 N2O5，其中 NO
和 NO2是重要的大气污染物，别的还有少量 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，
所以火力发电厂是NOx排放的主要本源之一。

煤的燃烧过程中产生的氮氧化物（ NOx）主若是一氧化氮（ 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分空气系数等亲近相关。

燃烧形成的NOx生成路子主要由以下三个：为燃料型、热力型和迅速型 3 种。

其中迅速型 NOx生成量很少 , 能够忽略不计。

1.热力型 NOx
指空气中的氮气（N2）和氧 (O2) 燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的 NO和 NO2的总和，其总反响式为：
N 2O 22NO
NO O 2NO 2
当燃烧地域温度低于1000℃时， NO 的生成量较少，而温度在1300℃— 1500℃时， NO的浓度约为 500—1000ppm，而且随着温度的高升， 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%。

所以，温度对热力型NOx的生成拥有绝对性的作用，过分
空气系数和烟气停留时间对热力型NOx的生成有很大影响。

依照热力型 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，并防范产生局部高温区，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响
而生成的NOx，称为燃料型NOx。

燃煤电厂锅炉中产生的NOx中大体75%～90%是燃料型 NOx，所以燃料型 NOx是燃煤电厂锅炉产生 NOx的主要路子。

研究燃料型 NOx的生成和破坏机理，对于控制燃烧过程中
NOx的生成和排放，拥有重要的意义。

在燃料燃烧生成NOx的过程中，如碰到烃（ CH m）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。

依照这一原理，将进入锅炉
炉膛的煤粉分层分级引入燃烧，能够有效地控制NOx的生成与排放。

燃料型 NOx的生成和破坏过程不但与煤种特点、燃料中的氮化合
物受热分解后在挥发分和焦炭中的比率、成分和分布相关，而且其反
响过程还和燃烧条件（如温度和氧）及各种成分的浓度亲近相关。

在燃
料进入炉膛被加热后，燃料中的氮有机化合物第一被热分解成氰
（H CN），氨（ NH4）和 CN等中间产物，它们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 的主要本源是挥发 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，碰到
还原性气氛时，会还原成 N2。

所以锅炉燃烧最初形成的 NOx，其实不等
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 在燃烧过程中转变成 NOx的量与煤的挥发份及燃烧
过分空气系数相关，在过分空气系数大于 1 的氧化性气氛中，煤的挥
发分越高， NOx的生成量就越多，节余空气系数小于 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速燃烧，使燃烧
地域氧量降低，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，既而进一步氧化而生成 NOx。

其生成量主要取决于空气燃料的
混杂比。

燃料型NOx约占 NOx总生成量的 75%～90%。

过分空气系数
越高 , NOx 的生成和转变率也越高。

3.迅速型 NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如 CH 等反响生成 NOx。

主若是指燃料中碳氢化合物在燃料浓度较高的地域
燃烧时所产生的烃 , 与燃烧空气中的N2 发生反响，形成的CN和 HCN 连续氧化而生成的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，迅速型NOx 所占比率不到5％；在温度低于1300℃时，几乎没有热力型NOx。

对老例燃煤锅炉而言，NOx主要通
过燃料型生成路子而产生。

控制 NOx排放的技术指标可分为一次措施
和二次措施两类，一次措施是经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经过技术手段从烟气中脱
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的生成量进而
影响总的 NOX生成量。

炉温越高 , 所占比率越大。

2.节余空气系数对NOX生成的影响：节余空气系数对燃料NOX、热力NOX及迅速NOX均有影响，但影响的趋势不同样，当α开始增加时，热力NOX和燃料NOX都增加，当高出 1.1 时热力NOX减少，燃料NOX
连续增加，总的NOX随α的增加而增加。

3.预热空气温度对 NOX生成的影响：若是提高预热空气温度，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，所以挥发分 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；同时挥发分含量增加，使得燃料型NOX也会提高；
（2）水分的影响：水分增加，着火延缓，则燃料与空气之间的混杂优异，即着火区氧浓度增加，燃料中的氮在着火阶段停留时间增加，反
响充分，故燃料型 NOX增加。

别的，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。

而且此时与空气混杂程度高，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，过分空气系数增加，总的燃烧区过分
空襟怀增加，燃料型NOX增加，所以，在负荷降低过程中，NOX含量先降低后高升。

四、降低燃料型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地域的温度和
过分空气系数，所以，经过控制燃烧地域的温度和空襟怀，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，使锅炉燃烧牢固，且
飞灰含碳量不能够超标。

为了控制燃烧过程中 NOx的生成量所采用的措施原则为： (1) 降低过分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，防范产生局部高温区； (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：低过分空气系数、空气分
级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环、低 NOx燃烧器。

1、低过分空气燃烧
使燃烧过程尽可能在凑近理论空襟怀的条件下进行 , 随着烟气中过分氧的减少 , 能够控制 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), 会增加化学不完好燃烧热损失 , 引腾跃灰含碳量增加 , 使锅炉燃烧效率下降。

所以 , 在锅炉运行时 , 应采用最合理的过分空气系数。

2、空气分级燃烧
基本源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襟怀减少 ( 相当于理论空襟怀的 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分空气系数α <1, 所以降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。

所以 , 不仅延缓了燃烧过程 , 而且在还原性气氛中降低了生成NOX的反响率 , 控制了 NOX在这一燃烧中的生成量。

第二阶段燃烬阶段 , 为了完成全部燃烧过程 , 完好燃烧所需的其余空气则经过部署在主燃烧器上方的特地二次风喷口送入炉膛 , 与第一级燃烧区在
“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混杂, 在α >1 的条件下完成全部燃烧过程。

这一方法填充了简单的低过分空气燃烧的缺点。

在第一级燃烧区内的过分空气系数越小, 控制 NOX的生收收效越好 , 但不完好燃
烧产物越多 , 致使燃烧效率降低、引起结渣和腐化的可能性越大。

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,必定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碰到烃根 CHi 和未完好燃烧产物CO、H2、C 和 CnHm时, 会发生 NO的还原反响 , 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α >1 条件下 , 燃烧并生成 NOX。

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α <1 的条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
不但使得已生成的 NOX获取还原 , 还控制了新的 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 , 再燃区是要点。

所以 , 需要研究在再燃区中影响 NOx浓度值的因素。

4、烟气再循环
目前使用很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杂后送入炉内 , 这样不仅可降低燃烧温度 , 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推行。

四、我厂燃烧器部署
我厂燃烧方式采用四角切圆燃烧。

一、二次风喷口均可上下摇动，摇动角度能达到设计值，最大摆角为30o。

喷口的摇动由能反响电信号的（ 4～20mA）的入口气动智能型执行机构来实现，执行机构有
足够的扭矩，能使燃烧器摇动灵便，四角同步，每个执行机构要求有
一个 4~20mA地址反响并送至DCS，燃烧器上设有摇动角度指示标志。

主风箱设有五层加强着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周部署有燃料
风（周界风）。

在每相邻两层煤粉喷嘴之间部署有一层辅助风喷嘴，
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风喷嘴。

在主风箱上部部署有高位燃烬风燃烧器，包括三层可水平摆动的分别燃尽风（高位燃烬风）喷嘴。

SOFA风喷嘴可上下和左右水
既可自动上下摆
动 30°的，又可手
动左右摇动 15°
平摇动，来控制炉膛出口烟温偏差。

一次风喷口应采用防范烧坏或磨损的新式合金资料制造，当燃烧器
检修时，能够从外面进行拆装。

燃烧器的设计和部署应保证 NOx排放浓
度不高出 250mg/Nm3(干基 O2=6%)。

每台磨煤机出口由四根煤粉管道接
至同一层四角部署的煤粉燃烧器，煤粉管道直径Φ 530×10mm。

在入
口弯头和燃烧器之间部署有手动煤闸门，在检修时能够起到间隔的作用。

一次风煤粉燃烧器采用水平浓淡形式并设置偏置周界风，形成浓淡
两股气流喷入炉膛，浓相煤粉在向火侧第一着火，尔后点燃位于背火
侧的淡相使燃烧牢固连续。

在煤粉喷嘴内装设波形钝体结构，一次风
粉混杂物射流经过钝体时，下游产生一个牢固的回流区，使着火点牢
固；钝体前端阻截块，有利于牢固回流区；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周边的氧量，增加其氧化性气氛，更好地防范结焦、防范高温腐化。

五、燃烧调整措
施
1.各班组要注意监察脱硝 DCS画面各参数可否正常，保证脱硝入口
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，如 NOx浓度超标，应及时调整。

2.锅炉燃烧氧量必定满足设计要求，依照机组负荷（当机组负荷大
于 180MW时）及时开启燃尽风挡板，满负荷运行时必定保证燃尽风
挡板开度大于 70%，氧量高时经过降低各层燃烧器二次风量进行调整，
进而实现燃烧区高温低氧、燃烬区低温高氧的燃烧方式。

3.保持水冷壁受热面干净，在机组负荷大于 240MW时，必定投炉
吹进行水冷壁吹灰，防范水冷壁结焦造成炉膛温度高升。

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排放有必然增加，在不影响飞灰含碳量的前提下，合适的调
整煤粉细度。

5.由于降低热二次风温度能够降低炉内温度水平，进而达到降低
NOx排放量，在冬季合适控制暖风器出口风温，但必定保证排烟温度
满足要求。

合适降低一次风量也能够引起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，保证低负荷氧量
不高出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、磨煤用心的前提下，尽量降低一次风
率（保证磨煤机出口风速不低于 25m/s），合适提高二次风率，以实
现燃烧器分级燃烧的目的。

8.采用调治二次风分风门的方法，合理控制二次风与炉膛差压不低
于 0.3KPa，但应保证运行燃烧器二次风分门不低于 20%，备用不低于
5%以保护燃烧器喷咀，最基层不同样意低于70%。

9.合理使用 SOFA（降低 NOx生成最有效方法），锅炉在 40-60%BMCR 负荷时，A 层 SOFA对应开度为 0-100%；60-80%BMCR负荷时，A层 SOFA 全开， B 层 SOFA对应开度 0-100%；同样在 80-100%BMCR负荷时， C
层 SOFA对应开度 0-100%。

10.开大 SOFA对锅炉排烟温度及主再热蒸汽温度等参数可能产生
NOx生成及控制有效措施
负面影响，即降低 NOx生成与提高锅炉燃烧效率在某个负荷点从前是相矛盾的，应在运行调治过程中探究规律，搜寻平衡点。