Question

锅炉氮氧化物超标的原因和处理措施

Answer 1

关于锅炉烟气氮氧化物升高原因分析及
预控措施
一、 NOx的形成与分类
氮氧化物：NO，NO2，N2O、N2O3，N2O4，N2O5等，但在燃烧过程中生成的氮氧化物，几乎全是NO和NO2。通常把这两种氮的氧化物称为NOx
1、热力型NOx （Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下(1000℃-1400℃以上)氧化而生成的NOx
2、快速型NOx（Prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx
3、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
二、NOx的升高的分析
1、煤粉燃烧中各种类型NOx的生成量和炉膛温度的关系

热力型NOx是燃烧时空气中的氮（N2）和氧（O2）在高温下生成的NO和NO2
O2十M←→2O十M
O十N2←→NO十N
N十O2←→NO十O
因此，高温下生成NO和NOx的总反应式为
N2十O2←→2NO
NO十1/2O2←→NO2
2、煤粉炉的NOx排放值和燃烧方式及锅炉容量的关系

1）若燃料N全部转变为燃料NOx，则燃料中1%N燃烧生成NOx为1300ppm，实际上燃料N只是一部分转变为NOx，取转变率为25%，则燃料NOx为325ppm，即650mg/Nm3。
2)热力NOx一般占总NOx的20%～30%，现取25%，即为217 mg/Nm3。因此，总的NOx生成量为867 mg/m3。
3)若锅炉采用了低NOx燃烧器、顶部燃尽风等分级燃烧、以及提高煤粉细度和低α措施等，炉内脱硝率可达ηNOx≥50%，因此预计NOx排放浓度≤433mg/Nm3。
N2和O2生成NO的平衡常数Kp

当温度低于l000K时Kp值非常小，也就是NO的分压力(浓度)很小
温度和N2／O2(ppm)初始比对NO平衡浓度的影响

40N2／O2(ppm)是N2和O2之比为40:1的情况，这大致相当于过量空气系数为1.1时的烟气
NO氧化成NO2反应的平衡常数Kp

由表可以看出Kp随温度的升高反而减小，因此低温有利于NO氧化成NO2。当温度升高超过1000℃时，NO2大量分解为NO，这时NO2的生成量比NO低得多
煤炭中的氮含量一般在0.5％-2.5％左右，它们以氮原子的状态与各种碳氢化合物结合成氮的环状化合物或链状化合物，如喹啉(C6H5N)和芳香胺(C6H5NH2)等
当燃料中氮的含量超过0.1％时，所生成的NO在烟气中的浓度将会超过130ppm。煤燃烧时约75％-90％的NOx是燃料型NOx。因此，燃料型NOx是煤燃烧时产生的NOx的主要来源。
3、过量空气系数对燃料N转化为挥发分N比例的影响

热解温度对燃料N转化为 煤粉细度对燃料N转化为挥发分N比例的影响 挥发分N比例的影响

综合上述图表及所查资料得出，锅炉氮氧化合物升高的原因主要有下述几点
1、锅炉氮氧化合物升高主要和炉膛温度有关，温度越高生成的氮氧化合物越高，在锅炉运行当中，改变磨煤机运行方式如：B、C、D磨运行，炉膛火焰中心就会升高，炉膛下部吸热量减少，炉膛温度升高，产生氮氧化合物就会升高。
2、锅炉氮氧化合物升高与锅炉过量空气系数有关，综合现在锅炉氧量2.0%-3.0%得出锅炉过量空气系数a
如下所示：
公式a=21/21-Q2
锅炉氧量2.0%所对应下的过量空气系数1.10
锅炉氧量2.2%所对应下的过量空气系数1.11
锅炉氧量2.4%所对应下的过量空气系数1.12
锅炉氧量2.6%所对应下的过量空气系数1.14
锅炉氧量2.8%所对应下的过量空气系数1.15
锅炉氧量3.0%所对应下的过量空气系数1.16
锅炉氧量3.5%所对应下的过量空气系数1.2
通过对过量空气系数的计算，锅炉氧量越高的，燃烧所产生的烟气量就相应增加，锅炉所产出的氮氧化合物就会增加，但锅炉氧量偏低会造成，煤粉燃烧不完全，锅炉化学和机械不完全燃烧热损失升高。
3、 煤粉细度对锅炉氮氧化合物的影响
锅炉在运行当中及时调整磨煤机煤粉细度，在锅炉未改变燃烧方式的前提下，煤粉细度的粗细也会影响锅炉氮氧化合物升高和降低。
二、锅炉降低氮氧化合物的措施
1、在燃用挥发分较高的烟煤时,燃料型NOX含量较多,快速型NOX极少。燃料型NOX是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOX,燃料中氮并非全部转变为NOX,它存在一个转换率,降低此转换率,控制NOX排放总量,可采取减少燃烧的过量空气系数在运行当中控制锅炉氧量在2.0%-2.5%控制锅炉氮氧化合物升高。
2、控制燃料与空气的前期混合，通过对降低磨煤机出口一次风速，控制煤粉进入炉膛着火时间，现磨煤机A磨风量60t/h、B磨55-58t/h、C磨45t/h，D磨运行时45t/h，逐步降低磨煤机一次风量，通过对降低磨煤机出口一次风速，控制煤粉进入炉膛着火时间，加强配风通过一、二次风的调整。
3、通过调整磨煤机出口挡板来控制磨煤机煤粉细度，找出煤粉细度的粗细在炉内燃烧产生氮氧化合物的最佳煤粉细度，来控制锅炉氮氧化合物。
4、提高入炉的局部燃料浓度，在锅炉D磨运行时，对锅炉配风进行调整，降低火焰中心位置，降低D磨煤机的给煤量，在调整时尽量调整其他磨煤机的煤量，避免大幅度调整D磨煤机的给煤量，造成锅炉氧量大幅度波动，控制炉膛负压在-30Pa至-50Pa之间，加强煤粉在炉燃烧时间，防止煤粉燃烧不充分，火焰中心上移，造成炉膛出口烟温高，造成锅炉氮氧化合物升高。
5、改变配风方式：将炉内火焰采用倒三角的配风方式，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少(相当于理论空气量的80%),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，降低燃烧区内的燃烧速度和温度水平，延迟燃烧过程,而且在还原性气氛中降低了生成NOX的反应率,抑制了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,完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的二次风喷口送入炉膛,与朱主燃烧所产生的烟气混合,完成全部燃烧过程。

Answer 2

基于雾霾的肆虐，对于氮氧化物的排放，国家在2014年做了专门的要求。

燃气锅炉：在用锅炉 400 mg/L、新建燃气锅炉 200 mg/L、重点地区 150 mg/L

燃煤锅炉：在用锅炉 400 mg/L、新建燃气锅炉 300 mg/L、重点地区 200 mg/L

燃油锅炉：在用锅炉 400 mg/L、新建燃气锅炉 250 mg/L、重点地区 150 mg/L

甚至于北京、郑州、西安、宝鸡、咸阳、渭南、铜川这一些北方城市新建锅炉已经开始执行30毫克/立方米的排放限制，此标准甚至严于欧洲标准，而等同于美国南加州的排放标准。

而且上海、杭州等一些国家示范城市标准一样约束在50毫克/立方米的标准。

在用锅炉该怎么改造？
1.更换燃烧器

低氮燃烧改造方式多样，同时技术也相对复杂，改造过程中需要注意这些问题。

对于7.0MW（蒸发量10/t）以上的锅炉不建议采用预混燃烧改造方式

当然还需要注意，对于中心回燃式的锅炉，不建议更换燃烧器的改造方式。

2.烟气进行处理

目前主要有燃料再燃，选择性催化还原法、非选择性催化还原法。但在实际监测中也发现，氮氧化物排放可控性较差。

而采用改善燃烧的技术手段仍是提高能源利用率，控制氮氧化物排放量的主要手段

而FGR（分级燃烧+烟气回流技术）和FPB(预混燃烧技术)则是可供选择的两种主要燃烧方式。而“郑州方快”的低氮锅炉多采用该种方式。

FGR相对优势比较明显，而欧洲地区多采用该方式。能有效降低燃烧温度，同时还可以减少氮氧化物的排放量。其缺点在于需要增加风机的功率。

FPB多在美国比较常见，预先混合空气与燃气，提高燃烧效率，在高密度金属纤维表面均衡燃烧，通过提高空间内氧气含量来减少氮氧化物。当然其缺点就在于雾霾天气情况下容易出现燃烧筒堵塞的问题。

希望我的回答对于行业从业者有所帮助。