省內電站燃煤鍋爐降低氮氧化物排放的措施

1概述
氮氧化物NO_X是燃煤電廠煙氣排放三大有害物（SO₂，NO_X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NO_X。在絕大多數燃燒方式下，主要成分是NO，約佔NO_X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。NO_X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。
NO_X的生成主要由熱力NO_X和燃料NO_X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NO_X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NO_X含量。
2 國內外排放標準的比較

目前NO_X的允許排放量標準在全世界傾向於更嚴格。各國對NO_X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NO_X的數值如無特別說明，為標準狀況下，O₂＝6％，NO_X為按NO₂計算的干煙氣中NO_X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。
中
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NO_X排放的研究
採用LNB（低NO_X燃燒器）可降低NO_X排放40％～65％。採用LNB時一般與燃盡風（OFA）燃燒配合實施。
3．1 低NO_X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NO_X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NO_X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NO_X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NO_X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NO_X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NO_X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DESONO_X／SNO_X（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NO_X的排放情況
我國燃煤電站鍋爐固態除渣爐NO_X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NO_X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NO_X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NO_X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（N_ar＝0．6％～0．7％），而外省的一些技術文獻中指出當地的燃料的N_ar可高達1．1％。有文獻指出：對固態排渣爐而言，有80％的NO_X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NO_X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NO_X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NO_X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NO_X，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NO_X。
同時，應考慮低NO_X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。