锅炉中氧含量对烟气氮氧化物折算的影响
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摘要：燃煤锅炉运行中，NOx是主要大气污染物之一。本文分析了锅炉中氧含量对烟气氮氧化物折算的影响。
关键词：氧含量；氮氧化物折算；影响
含氧量直接影响氮氧化物的产生，间接影响到氮氧化物折算值的变化。无论是直接的还是间接的影响，含氧量对氮氧化物的影响都是呈一种正比关系，在一定的控制范围内，氮氧化物随含氧量的升高而升高，随含氧量的降低而降低。当氮氧化物折算值超标时，可加大化原剂的喷射量直接降低实测值，使折算值下降，从而达标排放，同时当实测值没有超标时，在可控的范围内降低含氧量，使折算值下降，从而达标排放。
一、氮氧化物的生成
燃煤锅炉在燃烧过程中产生的NOx，可采用SCR（选择性催化还原）和SNCR（选择性非催化还原）2种技术进行处理。目前，大多数厂家采用SNCR（选择性非催化还原）技术进行无公害处理。选择性非催化还原是指无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的工况位置，喷入还原剂与烟气中的氮氧化物发生化学反应，还原为无害的氨气和水。采用NH3作为还原剂，在温度为850～1050℃的范围内，还原NOx的化学反应方程式主要为4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O；4NH3+2N0+202=3N2+6H2O；8NH3+6NO2=7N2+12H2O。
烟气中NOx的生成反应过程相当复杂，煤在燃烧过程中生成NOx的途径有3种：
1、热力型NOx生成的主要控制因素是温度，温度对热力型NOx生成速率的影响呈指数函数关系。在1350℃以下时，热力型NOx的生成量很少，随着温度的升高，NOx生成量迅速增加，当温度达到1600℃时，热力型NOx的生成量占炉内NOx生成总量的25～30%。另外影响热力型NOx生成的重要因素是反应环境中的氧浓度和燃烧产物在高温区的停留时间，NOx生成速率与氧浓度的平方根成正比，燃烧产物在高温区的停留时间越长，热力型NOx生成量越大。
2、燃料型N0x的生成。燃料型NOx指燃料中的氮化合物在燃烧过程中经过一系列的氧化-还原反应而生成的NOx，它是煤燃烧过程中所生成NOx的主要来源，在燃煤锅炉中，燃料型NOx约占NOx生成总量的80%～90%。煤燃烧过程生成的挥发分HCN、NHi与自由基O、OH、02等的氧化反应以及焦炭N的氧化反应都生成燃料型NOx（主要是NO），同时生成的NO又与挥发分HCN、NHi等发生还原反应生成N2。
3、快速型。快速型NOx是通过燃料产生CH原子团撞击N2分子，生成CN类化合物，再进一步氧化成NO，这个反应进行得很快，所以称之为快速型NOx。快速型NOx只有在富燃的情况下发生，其生成量一般占总NOx生成量的5%以下。
另外，快速型NOx是燃料燃烧时产生的烃（CHi）等撞击燃料中的N2分子生成CN、HCN，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的量与炉膛压力O.5次方成正比，与温度的关系不大。
二、氮氧化物折算值的计算
烟气中NOx的生成反应离不开氧气的参与，氧气的含量影响NOx的生成，这可以从烟气监测的实测值中直接反映出来，间接影响NOx的折算值。氧气的含量高，生成的NOx就会增加，则实测值增加，折算值增加；氧气的含量低，生成的NOx就会减少，则实测值减小，折算值降低。
含氧量对氮氧化物折算值的另一个影响是直接的。这个可从氮氧化物折算值的计算公式中分析了解得到。
三、含氧量对折算值的影响
假定氮氧化物实测值不变，从换算后的公式中分析可得到烟气含氧量增大，分母变小，折算值增大；烟气含氧量降低，分母变大，折算值降低。
某75t/h循环流化床锅炉运行时，检测二组烟气数据。
对第一组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为71mg/m3不变，若烟气含氧量每增加0.1%，即含氧量分别为11.25%、11.35%、11.45%、11.55%、11.65%、11.75%、11.85%；那么，氮氧化物折算值分别为109.23mg/m3、110.36mg/m3、111.52mg/m3、112.70mg/m3、113.90mg/m3、115.14mg/m3、116.39mg/m3。比假定折算分別增加1.11、2.24、3.4O、4.58、5.78、7.01、8.27。相邻折算值差分别为11.1、1.13、1.16、1.18、1.21、1.23、1.26。
对第二组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为84.01mg/m3不变，若烟气含氧量每增加0.1%，即含氧量分别为12.98%、13.08%、13.18%、13.28%、13.38%、13.48%、13.58%，那么氮氧化物折算值分别为157.13、159.11、161.14、163.23、165.37、167.57、169.83。比假定折算分别增加1.94、3.92、5.95、8.04、10.18、12.38、14.64。相邻折算值差分别为1.94、1.98、2.03、2.09、2.14、2.20、2.26。
从以上数据中可得出，假定氨氧化物实测值不变的前提下，在一定范围内，含氧量升高，折算值升高，且升高的幅度渐渐增大。相同的含氧量增幅，实测值大的，折算值增幅大；实测值小的，折算值增幅小。假定氮氧化物实测值不变的前提下，在一定范围内，含氧量降低，折算值降低，且降低的幅度逐渐缩小。相同的含氧量降幅，实测值大的，折算值降幅大；实测值小的，折算值降幅小。
四、对策实施
1、防治炉膛漏风
1）加强炉本体及制粉系统的捉漏及堵漏工作：在运行过程中，严格执行巡检制度，发现漏点时，联系检修及时处理；若运行期间不易处理，则做好记录，在停炉检修时，消除漏点。
2）运行中保持合理的系统负压：运行中严格控制锅炉炉膛负压在规程规定的O～-50 Pa，并尽量靠低运行，以减少本体漏风：对制粉系统，控制磨煤机入口负压在-200～-400 Pa.尽量避免超限运行，以减少漏风。
2、避免含氧量过高
1）严格按规程操作，控制过剩空气系数在合理范围内：正常运行时控制锅炉烟气含氧量在3.1%～3.5%。启、停制粉系统过程中可允许含氧量在3.1%～4.0%波动，避免长时间在高含氧量情况下运行，操作完毕后将含氧量控制在3.1%～3.5%，根据氮氧化物变化情况尽量调整至氧量下限运行。
2）定期检查仪表是否正常，一旦发现指示不正常，及时联系维修。
3、控制磨煤机运行方式
1）启、停制粉系统时，保证锅炉燃烧平稳，保证含氧量及一次总风压稳定，根据参数变化及时调整，严禁大幅调整给粉机转速，避免造成锅炉燃烧工况大幅变化。
2）几套制粉系统不得同时启停，启停时间尽可能错开交叉。
4、控制煤粉细度
1）根据操作规程，控制制粉系统各项参数在合理范围：包括制粉系统负压、磨煤机出口温度。
2）保证足够通风量，合理配风，保证足够的干燥剂用于干燥煤粉，同时尽量提高磨煤机出口温度。
3）运行中注意观察磨煤机电流变化，及时添加钢球，保证磨煤机的出力。
五、结语
总之，在燃煤锅炉运行中，氮氧化物是大气污染的主要物质，其严重破坏生态环境，危害到人类的健康。因此，如何有效地消除NOx污染己成为目前环境保护领域中令人关注的课题。
参考文献
[1]赵惠富.污染气体NOx的形成和控制[D].北京：科学出版社，2014.
[2]吴碧君.燃烧过程中氮氧化物的生成机理[J].电力环境保护，2015.
[3]董伟鹤.锅炉氮氧化物减排研究[D].中国科学技术大学，2014.
（作者单位：陕西渭河发电有限公司）
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