锅炉低负荷nox生成量（2机组低负荷NOx超标的原因及应对措施）

一、异常情况

2015年09月28日—30日，#2机组负荷偏低且波动较大，使得负荷降至300MW（尤其是从高负荷降至300MW）时，SCR反应器入口NOx浓度A/B侧达到569/832mg/Nm3，出口NOx浓度A/B侧达到145/98mg/Nm3，NOx排放超标，（如图1，取自9月28日21:40，负荷降至300MW的NOx排放）。

(图1取自9月28日21:40，负荷降至300MW的NOx排放)

二、原因分析及影响

我公司2012年#2机组投入脱硝系统运行至今，经常发生低负荷时NOx超标的现象，严重影响了我公司环保指标（2015年2月份负荷较低时，NOx排放超标曾被市环保局罚款），故研究低负荷时NOx排放超标的原因及对策非常重要。本人根据NOx生成的机理、脱硝原理以及现场情况的分析，分析影响#2机组低负荷NOx超标的原因。

煤燃烧生成的氮氧化物主要包括NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等几种,统称为NOx。燃烧过程中NOx的产生机理一般分为三种：第一种是热力型NOx。燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其生成过程是一个不分支连锁反应。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍；第二种是瞬时反应型(快速型) NOx。碳氢化合物燃料在浓度过高时燃烧，分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用而生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比，与温度的关系不大；第三种是燃料型NOx。由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成，燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600℃到800℃时就会生成燃料型NOx，在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。

（一）低负荷时氧量大，造成热力型NOx排放骤增。

热力型NOx，称为Zeldovich机理，影响热力型NOx生成的主要因素是火焰温度、氧浓度以及与高温区域范围大小有关。温度越高、氧浓度越大、高温区域范围越大，热力型NOx生成量越多。

#2机组在从高负荷下降至300MW时，由于协调自动控制的原因，造成总煤量下降过快，而总风量下降过慢，以及为了保证SCR脱硝入口烟气温度不低于295℃，保持#2炉高氧量（5-6%左右）运行，这就使得热力型NOx排放增大，造成SCR入口NOx排放骤增（如图2，随着负荷的下降，氧量缓慢上升，NOx上升较快）。

（图2 随着负荷的下降，氧量缓慢上升，NOx上升较快）

（二）一次风量与煤粉质量比A/C增大造成NOx增加。

研究表明（参考文献1），一次风量与煤粉质量比A/C越大，生成的NOx浓度也越大，（如图3，A/C比值与生成NOx的关系曲线）

（图3 A/C比值与生成NOx的关系曲线）

#2机组负荷下降至300MW时，各台磨煤机煤量在25-30T/H，而各台磨的风量（即各磨一次风量）在100 T/H 左右，使得一次风量与煤粉质量比A/C达4.3，数值偏大，造成生成的NOx浓度也大（如图4 B磨煤量及风量）。

（图4 300MW时B磨煤量及风量）

（三）二次风挡板不严及喷燃器变形。

#2机组燃烧方式采用从美国阿尔斯通能源公司引进的低NOx同轴燃烧系统（LNCFSTM）。LNCFS系统，为使当挥发氮物质形成时、非常关键的早期燃烧阶段中O2降低，它把整个炉膛内分段燃烧和局部性空气分段燃烧时降低NOx的能力结合起来，在初始的富燃料条件下促使挥发氮物质转化成N2，因而达到总的NOx排放减少。

在炉膛的不同高度布置OFA，将炉膛分成三个相对独立的部分：初始燃烧区，NOx还原区和燃料燃烬区。在每个区域的过量空气系数由三个因素控制：总的OFA风量，CCOFA和SOFA风量的分配以及总的过量空气系数。

强化着火（EI）煤粉喷嘴能使火焰稳定在喷嘴出口一定距离内，使挥发份在富燃料的气氛下快速着火，保持火焰稳定，从而有效降低NOx的生成，延长焦碳的燃烧时间。

从实际运行情况看，对比#1机组及#2机组炉膛/风箱压差发现，#1、2机组在同等低负荷时，二次风挡板在同等开度下（如图5 二次风挡板开度），#1机组炉膛/风箱压差170Pa（如图6 #1机组炉膛/风箱压差），#2机组炉膛/风箱压差50Pa（如图7 #2机组炉膛/风箱压差）。

（图5 负荷300MW时#1、2机组二次风挡板开度）

（图6 负荷300MW时#1机组#1机组炉膛/风箱压差170Pa）

（图7 负荷300MW时#1机组#2机组炉膛/风箱压差50Pa）

从#1、2机组炉膛/风箱压差差别上可以看出，#2机组二次风门有严重关不严的现象，使得#2机组炉膛/风箱压差过小。炉膛/风箱压差过小，会造成：

1. 炉膛假想切圆增大；

2. 二次风卷吸能力下降；

3. 减小分级燃烧抑制NOx生成的能力。

因此造成了NOx生成的能力。

另外由于长周期运行（#2机组已连续运行330天左右），长期燃用各种多变的煤质，造成喷燃器烧坏、变形（从近期A层#2喷燃器结焦检查发现喷燃器变形），破坏了#2机组炉膛动力场，使得燃烧系统抑制NOx生成能力下降。

（四）低负荷SCR反应器化学反应减缓。

对于#1、2机组负荷在300MW时，SCR入口烟温基本在285-295℃左右，从SCR反应器最佳反应温度曲线看（如图8 最佳反应温度曲线），烟温已偏离SCR反应器最佳反应温度，使得脱硝效率下降（参考文献2）。

（图8 反应温度与脱硝效率曲线图）

从以上分析可以看出，低负荷时由于氧量大造成热力型NOx排放骤增、一次风量与煤粉质量比A/C增大以及二次风挡板不严、喷燃器变形，造成低负荷时NOx生成急剧增加，又由于烟温低造成SCR反应器偏离最佳反应温度，造成脱硝效率下降，使得NOx排放超标。

三、应对措施

通过以上低负荷NOx排放超标的原因分析，根据现场情况，从运行及检修角度考虑，制定相应的运行、检修维护措施。

（一）运行操作方面：

1、合理调整各磨煤机入口风量，确保一次风量与煤粉质量比A/C在合理范围内。根据煤量的变化，及时调整磨煤机入口风量，在保证各一次风速的情况下，保证一次风量与煤粉质量比A/C在合理数值内。

2、降负荷时，及时调整总风量，控制氧量，减小热力型NOx生成排放。

3、配合热控人员做好协调系统的优化，防止降负荷时煤量下降快的问题，既保证了一次风量与煤粉质量比A/C数值增加过快的问题，也保证了因煤量下降快对低负荷稳燃的影响。

（二）检修维护方面：

利用#2机组小修，进行一系列的检修维护，确保设备的健康。

1、热控对各一次风速进行校验，防止发生因风速异常指示，造成粉管堵的现象；

2、利用检修对燃烧器进行全面维修，确保燃烧器良好、二次风挡板的严密性；

3、利用检修，做好动力场试验，确保动力场的良好性。

四、效果评价

1、通过低负荷对氧量的控制，抑制了热力型NOx生成骤增的可能；

2、通过及时调整一次风量与煤粉质量比A/C，避免生成的NOx浓度增大；

3、优化协调系统，既保证了一次风量与煤粉质量比A/C，又保证了低负荷的稳燃；

4、利用小修，校验一次风速，保证调整一次风量与煤粉质量比A/C时，为运行提供不堵粉管的调整依据；

5、利用检修对燃烧器进行全面维修，确保燃烧器良好、二次风挡板的严密性，保证了燃烧系统抑制NOx生成的性能；

6、利用检修，做好动力场试验，确保动力场的良好性，抑制了NOx的生成。

参考文献

1、 锅炉燃烧设备 姚文达

2、 火电厂烟气脱硝技术基础理论概述 刘 忠

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