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烟气炉内脱硝技术

洛阳万山高新技术应用工程曲万山

电站锅炉、工业锅炉、燃烧炉、燃气轮机等的烟气会向环境排放NO和NO2等氮氧化物〔通称为“NOX”〕，氮氧化物〔NOX〕是造成大气污染的主要污染物，目前国内65%的NOX是燃煤产生的，而我国又是最大的煤炭生产国和消费国，因NOX对人体有害、引发酸雨、并且是光化学烟雾的重要产生原因，据专家预测，如不采取有效措施，随着工业的开展在未来5-10年内NOX的排放将超过SO2而成为第一大酸性污染物。NOX的排放受到越来越严格的限制，现有控制NOX排放的技术主要有三种：

1、分级燃烧，实施方式包括低NOX燃烧器〔LNB〕和燃料再燃。但分级燃烧技术对NOX的生成和排放控制有一定限度，LNB一般只有30-50%的效率，再燃的效率约为50-60%，单采用分级燃烧难以到达NOX的排放控制标准。

2、选择性催化复原〔SCR〕，即在催化剂外表、通过氨或尿素等含氮复原剂〔N-agent〕来复原NOX。一般SCR系统安装在420℃左右的烟气温度范围。虽然SCR系统能相对容易地实现80-90%的NOX

3、选择性非催化复原法〔SNCR〕，在高温段将复原剂喷入从而将NOX复原为分子态的氮，现有技术中常用的复原剂是氨和尿素，此时SNCR只在一个很狭窄的温度范围内〔氨：900-1100℃;尿素：900-1500℃〕有效。温度更高的条件下，复原剂本身被氧化成NO；而低于最正确反映温度时，选择性复原反响速度很慢从而造成未反响的复原剂泄漏〔如氨泄漏〕。而且在现有的燃烧系统中，最正确温度范围〔即通常被称为“温度窗口

目前，国内外已开发出很多种NOX的脱除工艺，在各种NOX脱除工艺中，燃煤锅炉采用M型NOX低燃烧器及M型炉内燃烧脱NOX相结合的方法，可用于炉内主燃烧器燃烧区，未燃烧燃料和复原区，完全燃烧区，高温区和中温区脱除NOX，且能耐受烟气中氧量升高，脱NOX复原剂泄露少的炉内脱NOX新技术。具有不改变锅炉原有结构、无需巨额的前期改造资金、不改变现行的锅炉操作方式、无需占用大量的场地，占地面积小、脱NOX本钱低、设施简单等优点，尤其适合老旧电厂进行脱NOX技术改造。实验数据说明，炉内脱NOX效率≥80%。该技术可到达较高的脱NOX效率而不需要昂贵的催化剂，比采用选择性催化复原法〔SCR〕和非催化性复原法〔SNCR〕技术的投资节省50%-70%，运行和维护费用节省60%-75%，脱NOX工艺简单，性能优越，省去了复原剂氨尿素及铵盐的添加，解决了催化剂堵塞和老化失效更换的问题，节约了大量的资源。M型低NOX燃烧器与M型炉内燃烧脱NOX相结合的脱NOX方法，是一种无需大的设备投入，不用催化剂和免除复原剂氨泄漏，设备投资少，可用于炉内高温区和中温区脱除NOX且能耐受烟气中氧量升高、脱NOX复原剂泄露少的M型低NOX燃烧器和M型炉内燃烧脱NOX相结合的炉内脱NOX技术方法。

一、NOX炉内燃烧控制技术

某燃煤电厂3台600MW燃烧锅炉辐射再热式、超临界压力、变压运行直流燃煤锅炉，额定蒸发量为1950t/h。炉内脱NOX系统采用M型低NOX燃烧器和M炉内燃烧脱NOX2局部组成。

M型低NOX燃烧器

〔1〕工作原理

采用一次风不分股的低NOX燃烧器时，一次风的空气/煤粉比与NOX产生量的关系如图1所示。

图1一次风的空气/煤粉比值与NOX产生量的关系

由图可知：当一次风的空气/煤粉比值在0-Cmax之间时，NOX的产生量随空气/煤粉比的增加而增大；在空气/煤粉比接近Cmax时〔煤中挥发性物质完全燃烧所需要的理论空气量与煤粉量之比〕，NOX的产生量出现最高值；当空气/煤粉比在Cmax-Cmin之间时，NOX的生产量随空气/煤粉比的增加而减少；在空气/煤粉比接近Cmin时〔煤粉完全燃烧所需要的理论空气量与煤粉量之比〕，NOX的产生量到达最低值；当一次风的空气/煤粉比＞Cmin，NOX的产生量随空气/煤粉比的增加而急剧增加。

一般情况下，一次风的空气/煤粉比在C0附近，有时可能到达Cmax，这主要决定于枯燥煤粉和输粉的条件。因此，采用一次风不分股的低M型NOX燃烧器时，燃料燃烧所生成的NOX相当于〔NOX〕C0，NOX的生成量就有可能接近峰值；如果减少一次风的量，控制一次风的空气/煤粉比在较低水平，使煤粉在浓燃料条件下燃烧，虽然可以降低NOX的生成量，维持稳定燃烧，但飞灰中的未燃碳将很高。反之，如果增加一次风量，将一次风的空气/煤粉比控制在较高水平，使煤粉在稀燃料条件下燃烧，虽然可以减少NOX的生成量和飞灰中的未燃碳，但燃烧不稳定。

为解决类似矛盾，在一次风不分股的SGR型低NOX燃烧器的根底上，研制了M型低NOX燃烧器，将一次风分成浓燃料和稀燃料2股，其一次风的空气/煤粉比与NOX的生成量的关系亦如图1所示。浓燃料燃烧的空气/煤