省內電站燃煤鍋爐降低氮氧化物排放的措施

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省內電站燃煤鍋爐降低氮氧化物排放的措施簡介
     省內電站燃煤鍋爐降低氮氧化物排放的措施 李俊 裘立春浙江省電力試驗研究所 浙江杭州310014 1概述  ……
省內電站燃煤鍋爐降低氮氧化物排放的措施正文
    

省內電站燃煤鍋爐降低氮氧化物排放的措施 李俊 裘立春
浙江省電力試驗研究所 浙江杭州310014

1概述


氮氧化物NOX是燃煤電廠煙氣排放三大有害物(SO2,NOX及總懸浮顆粒物TSP)之一。從污染角度考慮的氮氧化物主要是NO和NO2,統稱為NOX。在絕大多數燃燒方式下,主要成分是NO,約佔NOX的90%多。NO是無色、無刺激氣味的不活潑氣體,在大氣中的NO會迅速被氧化成NO2。NO2是棕紅色有刺激性臭味的氣體。NOX可刺激肺部,使人較難抵抗感冒之類的呼吸系統疾病,呼吸系統有問題的人士如哮喘病患者,較易受二氧化氮影響。

NOX的生成主要由熱力NOX和燃料NOX兩部分組成,前者由參與燃燒的空氣中所含的N2生成,後者由燃料本身的氮元素生成。

在燃燒過程中降低NOX的生成的主要手段是採用分級燃燒,降低燃燒區域的氧濃度和降低火焰溫度。此外還可以採用煙氣處理技術在燃燒后降低煙氣中NOX含量。
2 國內外排放標準的比較

    目前NOX的允許排放量標準在全世界傾向於更嚴格。各國對NOX的排放限制各不相同,限制非常嚴格的如德國,對300 MW以上的機組,規定了200 mg/m3的嚴格標準(本文所指NOX的數值如無特別說明,為標準狀況下,O2=6%,NOX為按NO2計算的干煙氣中NOX含量),按這一標準,僅採用燃燒技術的改進目前是無法實現的,必須安裝煙氣凈化處理的特殊裝置。又如排放限額處於中等水平的前蘇聯,其1993年起執行的標準如表1。


華人民共和國國家標準《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-1996),根據近幾年我國已開始引進鍋爐低氮燃燒技術,為促進該技術推廣發展,及早控制火電行業氮氧化物的排放,首次規定了排放氮氧化物的標準限值;氮氧化物排放標準適用Ⅲ時段-1997年1月1日起環境影響報告書待審查批准的新、擴、改建火電廠。
    北京1999-05-01開始實施的北京市地方環境標準《燃燒鍋爐氮氧化物排放標準》相對國家標準則更為嚴格。

3  國外降低NOX排放的研究


採用LNB(低NOX燃燒器)可降低NOX排放40%~65%。採用LNB時一般與燃盡風(OFA)燃燒配合實施。
3.1  低NOX燃燒器
    (1)直流濃淡燃燒器 

最為典型的是日本三菱的PM型(PollutionMinimum)燃燒器。其特點使用最簡單的慣性煤粉濃縮器將一次風煤粉流分為兩股,一股為富燃料風粉流,另一股為貧燃料風粉流。
    (2)旋流濃淡燃燒器 

通過改進燃燒器出口結構,形成分級燃燒,降低NOX排放。國外B&W公司,Mitsui Babcock公司等不斷有新的業績。
3.2燃盡風(OFA)燃燒
    大約佔10%~25%的二次風從燃燒器上方設置的燃盡風噴口送入爐膛。其目的使燃燒器的爐內燃燒分2個階段:主燃燒區火焰溫度降低,熱力型和燃料型NOX生成均減少,當煙氣上升至OFA噴口時,未完全燃燒的燃料可燃物和部分還原性氣體重新燃燒,此處燃燒溫度低於主燃燒區,保證降低NOX和完全燃燒。
3.3磨煤機煤粉分離器的研究


美國巴威公司有旋轉型的煤粉分離器。德國在一些機組改造時也改用旋轉分離器。在三菱低NOX燃燒系統中的中速磨煤機或鋼球磨煤機上部裝有三菱旋轉式分離器(MRS)。如同常規分離器一樣,從MRS出來的粗粉再次磨成細粉進入燃燒器。在MRS的旋流葉的作用下可提供更合適的煤粉級配,同樣篩孔下的煤粉細度,例如篩孔尺寸為74μm,新型分離器給出的粗粒的煤粉(R149)要比常規分離器的少得多。這對燃燒過程的經濟性具有很大意義,因為在應用各種降低NOX技術方法時,正是未燃盡的粗煤粒增大了排放物和飛灰含碳量。
3.4三級燃燒技術


在上部燃燒器上方的燃燒室加入少量燃料,並且通常不需加風,而是加入再循環煙氣,由此使燃燒室中生成還原區。向上述燃燒室加入少量燃料,能使未完全燃盡的燃燒產物再燃,直到煙氣離開燃燒室為止,這樣可降低NOX排放。

3.5煙氣處理技術


煙氣處理技術,如SCR(選擇催化還原法)和SNCR(選擇非催化還原法),AC(活性碳法)和DESONOX/SNOX(催化劑聯合脫硝脫硫)等。
    目前大部分鍋爐不採用SNCR方法。目前世界上適用於SCR技術的設備還處於供不應求的狀況。
4我省NOX的排放情況


我國燃煤電站鍋爐固態除渣爐NOX的排放範圍為600~1200 mg/m3,其中直流燃燒器600~1000 mg/m3,旋流燃燒器為1000~1200 mg/m3。浙江省內電站燃煤鍋爐均為固態除渣,主要是直流燃燒器,採用旋流燃燒器的鍋爐數量近年來有所增加。省內NOX的排放數據較國內平均狀況要好,根據已有的測量數據,其大致範圍是直流燃燒500~820 mg/m3,旋流燃燒為600~850 mg/m3。影響鍋爐NOX排放的因素主要有燃料種類,爐膛容積熱負荷,燃燒器結構,運行方式等有關。分析我省電站鍋爐的NOX的測量數據較國內普遍情況要好,其原因是燃料中氮含量較低(Nar=0.6%~0.7%),而外省的一些技術文獻中指出當地的燃料的Nar可高達1.1%。有文獻指出:對固態排渣爐而言,有80%的NOX是由燃料中的氮生成的。
5  省內降低氮氧化物排放措施


根據我國和我省的現狀,對現有機組適宜採用而且切實可行的降低NOX的方法是:改進鍋爐運行方式和提高控制燃燒技術。一般認為,通過燃燒調整,可使NOX的排放降低15%~25%以上。同時更為重要的要有具體的落實措施:如實現送風和送粉均勻的監控裝置。


近期實際可行的降低NOX的方法是(按重要性排列):粉管道間的燃料平衡(目標是±5%);燃燒器間的送風平衡(CO<70 mg/L,在低氧的條件下);一次風煤比(根據磨煤機的設計和煤種,儘可能採用低值);調整煤粉細度(根據煤的品質);儘可能提高OFA的風箱壓力;減少過剩空氣 ;爐膛吹灰的控制。 

如對沖燃燒方式鍋爐的每個燃燒器的送風平衡的實現,較為可行的辦法是在實現燃料平衡后,利用停爐期間安裝的省煤器出口永久性煙氣多點網格取樣測點,由測試工程師循環測試多點(通常可多至24點)的CO、O2和NOX,在每點的CO含量應較低,理想的值是小於40 mg/L,如果存在較高的CO,將調整相應的單個和相關組的燃燒器的風環,以消除高CO,一旦此目標實現,再降低O2,然後重複以上過程。
    對 於我省125 MW、200 MW機組採用的一次 風集中送粉燃燒器,可採用各層燃燒器燃料分配調整的簡單而有效的方法來降低NOX

同時,應考慮低NOX燃燒器和制粉系統的改造,如磨煤機出口分離器可考慮研究採用旋轉型的煤粉分離器,燃燒器採用濃淡型等。

參考文獻
[1]  歐洲經濟委員會,徐智勇等譯.氮氧化物排放控制技術經驗總結.1994.5 
[2] 
C arolAnn Giovando Environmental technologies helpmeetstrictregulations Power Vo1 144 No.3 2000

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