锅炉NOx控制影响及分析

锅炉NOx控制影响及分析

我公司3×240t/h循环流化床锅炉SNCR烟气脱硝工程由江苏亿金环保科技有限公司设计、施工。目前，工程已接近尾声。通过初步的试运行和1#炉的168试运行，发现脱硝效果并不理想。喷入还原剂用量在设计值(249L/H)时，脱硝效率仅50%左右，出口排放NOx浓度在130mg/Nm3左右，只有当锅炉负荷低时，才勉强维持在100mg/Nm3左右。按照当前的锅炉运行状态，如要必须达到环保要求的100 mg/Nm3以下的目标值，需要喷入约3倍用量的氨水。

通过多方咨询及查阅资料，锅炉炉膛出口温度偏低是影响脱硝效率的主要原因之一。下面对循环流化床锅炉中的NOx生成机制进行说明，分析影响NOx浓度的因素，探讨控制NOx排放量的措施，提高脱硝效率，为循环流化床锅炉的达标运行提供参考。

1 NOx的生成机制

煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOx，此外还有少量的氧化二氮（N2O）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。

在煤燃烧过程中，生成的NOx途径有三个：

（1）热力型NOx（Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的。（2）燃料型NOx（Fuel NOx），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。

（3）快速型NOx（Prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的炭氢离子团如CH等反应生成的NOx。

其中燃煤锅炉的NOx主要是燃料型的，它占总生成量约80%以上。热力型NOx 的生成与燃烧温度的关系很大，在温度大于1000℃时，热力型NOx的生成量可占到总量的20%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小，可忽略不计。

2 NOx排放量影响因素分析

2．1燃料特性的影响

由于NOx主要来自于燃料中的氮，因此，从总体上看，燃料氮含量越高，则NOx的排放量也越高；同时，燃料中氮的存在形态不同，NOx的排放量也不一样，以胺的形态存在于煤中的燃料氮在燃烧过程中主要生成NO，而以芳香环形式存在的燃料氮在挥发分燃烧过程中主要生成N2O。一般来说，煤矸石、褐煤、页岩等劣质燃料中燃料氮的主要存在形态是胺，故NOx 排放量较多，N2O很少；相反，烟煤、无烟煤中燃料氮的主要存在形态是芳香环，故NOx 排放量较少，而N2O 很高。

2．2 过量空气系数的影响

当风不分级时，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区内的氧浓度，因而，对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有一定的控制作用，采用这种方法可使NOx排放量降低15%~20%，但是CO浓度会增加，燃烧效率会下降。

当风分级时，可有效地降低NOx的排放量。一般情况下，二次风从床上一定距离送入较好，如果过低则对NOx的排放量影响甚小。随着一次风量的减少、二次风量的增加，N被氧化的速度下降，NOx排放量也随之下降，并在某一风量分配下达到最小值。

2．3 燃烧温度的影响

燃烧温度对NOx的生成量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx的生成量将升高，因此，可以通过降低床温来控制NOx的排放量。

如1#锅炉，负荷从200t/h，降到176t/h时，床温从960℃降到930℃，脱硝系统在氨水喷入量不变情况下，脱硫出口NOX浓度从130mg/Nm3降到100mg/Nm3以下。可以看出锅炉NOx的生成量随床温的降低有明显的下降。

总体来说，对循环流化床锅炉,煤矸石和无烟煤燃料挥发份低，难以燃烧，所以燃烧温度要高于其它易燃烧的燃料。同时，煤矸石和无烟煤燃料采用相对高的一次风量，带来高的过量氧气。高的温度和过量的氧气，促使NOx的生成量比其它燃料高。烟煤的情况则正好相反，低的燃烧温度和低的过量氧气。

影响循环流化床锅炉NOx 生成量的因素较多，主要因素以及对NOx 生成量的作用效果参见下表：

燃料供应决定了含氮量和挥发份。石灰石进料量和实际使用的燃料含硫相关，也不是成为减少NOx 生成量的主要手段。床温是循环流化床锅炉设计的一个重要参数。床温、过量空气系数、一二次风的分配以及二次风的分级和燃烧组织相关，只能首先满足燃烧效率的要求，然后再考虑对排放的影响。实际设计采用低一次风、二次风分级、采用火上风等因素是循环流化床锅炉实现低NOx生成量的主要手段。

3 锅炉运行存在问题分析

3×240t/h循环流化床锅炉为济南锅炉设计，于2005年相继投产。至今未进行大修。

3．1床温过高

现阶段锅炉运行时，床温过高。锅炉负荷180-200t/h时，床温基本在900-950℃左右；锅炉负荷220t/h左右时，床温有超1000℃现象。根据以往经验，床温每下降10℃，NOx生成量下降20-30mg/Nm3。

3．2炉膛出口氧量高

现阶段锅炉运行时，炉膛氧量高，基本在8%左右。锅炉带负荷，要靠大量增加一二次风量来达到锅炉的稳定运行，锅炉烟气量大于设计值约30%。炉膛燃烧不均匀，偶尔仍有煤渣结焦现象发生。炉膛出口左右温差较大，平均在50℃左右，最大有100℃以上的温差。

3．3锅炉负荷带不上

现阶段各锅炉运行，最高负荷仅能带到220t/h，2#炉仅最高能带到210t/h，且不能稳定。

3．4炉膛漏灰严重

炉膛出口折角外侧处有大量积灰，需进行补漏，减少漏风，控制炉膛出口氧量。

3．5锅炉效率低

2008年，委托西安安能能源技术有限公司进行锅炉效率测试，锅炉效率仅80-83%。远低于设计值的92%。

4 控制NOx的措施

目前，随着环保排放标准的日趋严格，降低各种污染气体的排放量已显得更为紧迫。针对影响NOx生成的因素，在循环流化床锅炉中可采取以下措施控制NOx的排放量。

4．1 锅炉进行低氮改造

低氮改造即针对燃烧过程中NOx 的生成机理，而采取的控制和减少燃烧过程中生成NOx 生成量的技术手段，是从源头上减少NOx 生成的方法。减少NOx 生成量的关键是控制燃料着火阶段的过量空气系数以及燃料中的氮尽量随挥发份析出，因为循环流化床锅炉一次风比例要低于煤粉锅炉，所以循环流化床锅炉的NOx 生成量比煤粉锅炉低得多。

目前采用的燃烧控制方法有：降低燃烧过程气氛的含氧浓度、降低燃烧气氛的含氮浓度、降低燃烧过程温度、减少燃料和烟气在NOx 生成区域的停留时间，采用预混燃烧方式、减少过量空气系数，CFB 锅炉床层温度控制等等。

从源头上减少NOx生产量，有助于减少SNCR还原剂的使用量，减低成本。4．2 提高炉膛出口温度

现今，江苏亿金环保科技有限公司采用为SNCR脱硝方案，在分离器区域注入氨水或者尿素、降低NOx排放量。例如，对于NH3，其还原反应为

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

推进上述反应的主要动力是反应温度，如反应温度在860-950℃，氨水作还原剂，流化床锅炉的SNCR脱硝效率可高达70%。尿素溶液作还原剂时，考虑到尿素热解所需的反应热，反应温度为900-1050℃。

脱硝效率的提高，可以有效的降低脱硝还原剂的用量和逃逸量。

5．结束语

综上所述，建议如下：