NOx的生成机理.docx
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NOx的生成机理.docx
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NOx的生成机理
NOx的生成机理
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1.2燃料型NOx的生成
燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%~80%。
一般认为,燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解,并进一步氧化而生成的,同时还存在NO的还原反应。
燃料型NOx的生成和还原机理相当复杂,至今仍无法解析清楚。
燃料型NOx的生成可用下式表示:
燃料型的生成和还原不仅与煤种的特性、煤中氮化合物存在的状态、煤中的氮热分解时在挥发分和焦碳中分配的比例和各自的成分有关,还与氧的浓度、燃烧温度相关。
1.3快速型NOx的生成
快速型NOx的生成是通过燃料产生的CH原子团撞击N2分子,生成HCN类化合物,再进一步氧化而生成的,这个反应很快,所以称为快速型NOx。
快速型NOx的生成可由以下式子表示:
温度对快速型NOx的生成影响很小,与热力型和燃料型NOx的生成量相比,快速型NOx的生成量要少得多。
1.4NOx生成量与火焰温度的关系
一般来说,热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx的生成量随火焰温度变化的规律,可以由图1定性描述。
2锅炉燃烧调整对NOx排放量的影响试验
2.1锅炉的概况
为分析锅炉燃烧调整对NOx排放的影响,以某台680t/h锅炉为对象,进行了试验研究。
该锅炉为东方锅炉厂设计制造的超高压、一次中间再热、自然循环、平衡通风、煤粉固态排渣汽包炉,型号为DG680/13.7-20,燃用煤种为烟煤,设计燃煤成分和试验时的燃煤成分如表1所示。
锅炉配用中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统,共有5台北京电力设备总厂制造的ZGM80G型中速辊式磨煤机,其中4台运行1台备用。
煤粉燃烧器布置在炉膛四角,切圆燃烧,四角燃烧器中心线与炉膛中心形成两个相切的假想切圆,假想切圆直径分别为736mm和391mm。
采用水平浓淡分离燃烧器,燃烧器喷口布置见图2,燃烧器的这种结构和布置应用了低NOx燃烧技术,可以保证NOx的排放量比较低。
2.2试验方法
按GB10184—1988《电站锅炉性能试验规程》进行锅炉燃烧调整试验。
燃烧调整每个工况锅炉负荷基本上保持在满负荷。
采用网格法在空气预热器的进、出口分别进行烟气取样,经混合器混合后送到烟气分析小车进行分析。
空气预热器进口温度和排烟温度用网格法进行测量,采用网格法等速取样空气预热器出口的飞灰,炉渣在捞渣机出口取样。
锅炉的效率用反平衡法进行计算。
NOx的浓度换算为φ(O2)=6%条件下的浓度。
3试验分析
3.1风箱与炉膛压差对NOx排放量的影响
保持锅炉的负荷、配风方式、氧量、磨煤机组合方式均不变,通过改变二次风箱与炉膛压力的差压Δp来进行试验,结果如表2所示。
从表2可以看出,Δp约1.0kPa时,锅炉的NOx排放量相对于其它情况都要低。
这是因为Δp比较高时,二次风的风速比较高,动量也大,一次风从喷口出来后不久即被二次风所卷吸,射流轨迹变弯,形成一转弯的扇形面,对卷吸周围的高温烟气更加有利,由于温度高,热力型NOx的生成量比较大,从而使总的NOx的排放量大;Δp比较低时,二次风速比较低,刚性也比较弱,二次风很快就与一次风混合,在煤燃烧初始阶段,大部分的挥发分氮(气相氮化合物)随煤中其它挥发物一起释放出来,形成中间产物,如NHi,CH和HCN,在氧气存在条件下,这些中间产物会进一步氧化成NOx,使燃料型NOx的生成量增大,从而使总的NOx排放量增大。
3.2氧量对NOx排放量的影响
保持锅炉的负荷、配风方式、风箱与炉膛压差、磨煤机组合方式均不变,通过调节送风量来改变锅炉的氧量,从而进行试验分析,试验结果如表3所示。
从表3数据可以看出,随着氧的体积分数φ(O2)的增加,锅炉的NOx排放量也在增加,在φ(O2)增加到一定程度以后,NOx排放量的增加渐趋平缓。
这是因为随着φ(O2)的增加,炉内燃烧区域的供氧量加强,燃烧强度加强,炉膛火焰温度升高,热力型NOx的生成量增大。
另外,燃烧区域氧浓度增加,为燃料中的氮化合物燃烧时的热分解产物进一步氧化成NOx提供了条件,从而使燃料型NOx的生成量也增加,因此总的NOx排放量增加。
然而,随着φ(O2)的进一步增大,送入锅炉的风量已经过大,造成燃烧区域的火焰温度降低,从而使热力型NOx的生成量减少,因此总的NOx排放量的增加趋势平缓,若φ(O2)进一步增大,NOx的生成量还会有降低的趋势。
3.3锅炉的配风方式对NOx排放量的影响
保持锅炉的负荷、氧量、风箱与炉膛的压差、磨煤机组合方式等不变,通过不同的配风方式进行试验,结果如表4所示。
从表4可以看出,倒三角配风方式锅炉NOx排放量最低,而正三角配风方式NOx排放量最高,其它两种配风方式NOx的排放量居中。
这种现象可以这样解释:
采用倒三角配风方式,在主燃烧区域,锅炉氧量相对较低,因此燃烧的火焰温度也要相对低一些,热力型NOx和燃料型NOx的生成量都减少;在燃烧器区域上部送入过量的空气,有助于燃料燃尽,从表4可看出这种配风方式飞灰可燃物是最低的,而且该区域不是主燃烧区域,火焰温度比较低,即使该区域氧量比较大,NOx的生成量也不会增大,因此,总的NOx排放量比较低,这也说明顶部二次风(OFA)的投入确实能减少NOx的生成量;由于燃烧区域下部送入风量比较少,对进入炉膛的煤粉顶托能力不够,致使炉渣可燃物含量比较大。
采用正三角配风方式,锅炉的主要风量都从炉膛燃烧区域下部送入,使得主燃烧区域氧量比较大,燃烧的火焰温度也相对较高,从而使热力型NOx和燃料型NOx的生成量增加,总的NOx排放量也就增大。
但是该配风方式下的炉渣可燃物含量会大大降低。
3.4磨煤机组合运行方式对NOx排放量的影响
保持锅炉的负荷、风箱与炉膛压差、氧量和配风方式不变,通过不同的磨煤机组合运行方式进行试验,结果如表5所示。
从表5可以看出,ABDE磨组合运行方式的NOx排放量要比ABCE磨组合运行方式的NOx排放量高。
其主要原因是:
对于ABDE磨组合运行方式,高温区域沿炉膛高度方向比较长;而对于ABCE磨组合运行方式,高温区域主要集中在下部,沿炉膛高度方向就比较短,所以其热力型NOx的生成量就比ABDE磨组合运行方式的少,从而使ABCE磨组合运行方式总的NOx排放量要比ABDE磨组合方式的少一些。
4结论
通过以上试验与分析,得出如下结论:
a)采用水平浓淡燃烧技术和在燃烧器顶部布置二次风(OFA)的方法,可以使锅炉的NOx排放量比较少,本台锅炉采用该项技术,在满负荷时,NOx的排放量没有超过国家标准(650mg/m3)。
b)通过对锅炉的燃烧调整优化,可以在保证锅炉热效率比较高的情况下,减少NOx的排放量。
c)通过对该锅炉的燃烧调整发现,锅炉的NOx污染物排放量最低时,锅炉效率不一定最高,所以在通过燃烧调整优化减少NOx排放时要综合考虑,避免只追求低NOx排放而降低锅炉的效率。
d)对本锅炉而言,采用均匀配风、维持在Δp=1kPa左右、φ(O2)=3%的运行方式,可以使锅炉的NOx排放量比较低,且锅炉效率也比较高。
参考文献
[1]阎维平.洁净煤发电技术[M].北京:
中国电力出版社,2002.
[2]广东省电力试验研究所.恒运热电C厂7号机组性能试验报告汇编[R].广州:
广东省电力试验研究所,2002
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