鍋爐燃燒調(diào)整 講義

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1、第一章低NOx排放技術(shù)電站鍋爐NOX排放控制標(biāo)準(zhǔn)限于成本的考慮，中國火力發(fā)電燃煤鍋爐主要考慮燃燒控制技術(shù)。根據(jù)不同燃煤燃燒時NOX排放控制可以達(dá)到的技術(shù)水平，確定火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?；鹆Πl(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組氮氧化物最高允許排放濃度執(zhí)行表1-3規(guī)定的限值。為了滿足火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的NOX排放要求，國產(chǎn)燃煤鍋爐主要采用低NOX燃燒器和分級燃燒技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)性最好。表2-11火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組氮氧化物最高允許排放濃度單位：mg/m3時段第1時段第2時段第3時段實(shí)施時間2005年1

2、月1日2005年1月1日2004年1月1日燃煤鍋爐Vdaf＜10%15001300110010%≤Vdaf≤20%1100650650Vdaf＞20%450燃油鍋爐650400200燃?xì)廨啓C(jī)組燃油150燃?xì)?0第一節(jié)NOx生成機(jī)理燃燒過程中生成的氮氧化物主要是NO和NO2，通常把這兩種氮的氧化物稱為NOx。其中NO占90%以上。國內(nèi)外對煤燃燒過程中NOx的生成機(jī)理做了大量的研究，對NOX的生成機(jī)理及其影響因素都比較清楚了。由于氮的鍵能不同，以及與氮進(jìn)行反應(yīng)的介質(zhì)成分不同，因而NOx的生成有三種不

3、同的機(jī)理：熱力NOx，它是燃燒過程中空氣里的N2在高溫下氧化而生成的氮氧化物，它占總的氮氧化物的（20~50）%；快速NOx，它是燃料中的碳?xì)浠衔顲Hx與空氣中的N2，在過量空氣系數(shù)為（0.7~0.8）時，由預(yù)混燃燒生成，其生成地點(diǎn)不是發(fā)生在火焰面的下游，而是在燃燒初期的火焰面內(nèi)部，而且反應(yīng)時間極短，在實(shí)際燃燒裝置中，快速NOx量很少，就煤粉爐而言，小于5%；燃料NOx，它是燃料中所含的氮化合物，在燃燒過程中氧化而生成的氮氧化物，它占總的氮氧化物的75%左右。NOx生成的最大特點(diǎn)就是與煤的燃燒

4、方式、燃燒工況有關(guān)系。NOx生成量強(qiáng)烈地依賴于燃燒的溫度水平，此外與風(fēng)煤比，傳熱和煤種以及煤、空氣和燃燒產(chǎn)物的混合程度有關(guān)。正因?yàn)檫@樣，可以通過改善燃燒方式，改變鍋爐運(yùn)行條件來降低NOx生成量。下面分別簡述3種類型NOx的生成機(jī)理及主要影響因素。1．熱力型NOx熱力型NOx系燃燒過程中空氣中的氮和氧在高溫中生成的NO及NO2總和，其總反應(yīng)方程為：N2+O2=2NONO+1/2O2=NO2這一機(jī)理又稱捷里多維奇（Zeldovich）機(jī)理，依照這一機(jī)理，空氣中的N2在高溫下氧化，熱力型NO并非按上述

5、方程直接生成，系以一組不分支鏈鎖反應(yīng)進(jìn)行。氮原子只能通過N+N2=N+NO產(chǎn)生，而不是由氮分子分解產(chǎn)生。影響熱力氧化氮生成的主要因素是溫度、氧濃度以及在高溫區(qū)的停留時間。其中溫度對熱力NOx生成速率的影響最大，熱力NOx的生成速率與溫度幾乎呈指數(shù)的關(guān)系。氧濃度增大和在高溫區(qū)停留時間的延長，都會使熱力NOx生成量增加。在典型的煤粉火焰中，熱力NOx占總NOx排放量的20%左右。對實(shí)際煤粉鍋爐，燃燒溫度的降低，以及溫度分布均勻化，都能有效地降低熱力NOx的生成。由于氧原子與N2反應(yīng)的活化能比氧原子與

6、火焰中可燃成分反應(yīng)的活化能高的多，而且氧原子在火焰中存在時間較短：故火焰不會產(chǎn)生大量的NO，NO的生成反應(yīng)系在燃料中可以燃燒部分基本燒完之后的高溫區(qū)進(jìn)行。由于熱力型NO生成的活化能很高，在1500℃以下幾乎觀測不到NO的生成反應(yīng)，當(dāng)溫度超過1500℃時，溫度每上升100℃，反應(yīng)速度將增加6~7倍。熱力型NOx可占生成總量的25%~30%。NO生成反應(yīng)速度與溫度呈指數(shù)規(guī)律外，還與N2濃度成正比及O2濃度的平方根成正比，并與停留時間有關(guān)。要控制熱力型NOx的生成，則必須降低燃燒溫度；避免產(chǎn)生局部高溫

7、區(qū)；縮短煙氣在高溫區(qū)停留時間以及降低煙氣中氧的濃度。2．燃料型NOx煤中的氮原子與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成氮的環(huán)狀或鏈狀化合物，如C5H5N、C6H5NH2等。煤中氮有機(jī)化合物的C-N結(jié)合鍵能較空氣中氮分子的N三N鍵能小得多，在燃燒時容易分解。從氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破壞C-N鍵與氮原子生成NO。煤燃燒時燃料型NOX約為NOX生成總量的75~90%。在一般燃燒條件下，煤中氮有機(jī)化合物先被分解成氰（HCN）、氨（NH3）和CN等中間產(chǎn)物，作為揮發(fā)分而析出，稱為揮發(fā)分N；而殘留在焦碳中的氮，

8、稱為焦碳N。揮發(fā)N要比其它揮發(fā)分析出要晚一些，一般當(dāng)揮發(fā)分析出10~15%時，揮發(fā)分N才開始析出。燃料N轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分N的比例與煤種、析出時的溫度及加熱速度有關(guān)。在揮發(fā)分氮中，HCN與NH3所占比例與多種因素有關(guān)：對于煙煤，HCN比例一般大與NH3，劣質(zhì)煙煤則以NH3為主，無煙煤揮發(fā)分N中HCN與NH3均較少；煤中燃料N以芳香環(huán)結(jié)合時，揮發(fā)分N以HCN為主，燃料N以胺的形式存在時，NH3是主要的熱解初始產(chǎn)物；揮發(fā)分N中HCN及NH3產(chǎn)率隨溫度增高而增加，但溫度超過1000~1100℃時，NH3含量