在实践操作中如何更好地控制NOx氮氧化物

北极星环保网讯:【摘要】本文从循环流化床锅炉中燃料燃烧过程的基本特性出发，阐述了氮氧化物的生成机理，据此分析了影响NOX排放浓度的因素，基于工作实践，针对当前锅炉工作的现状，提出了几种主要降低锅炉烟气氮氧化物的方法，希望给相关人员一些启迪和思考，改善锅炉烟气排放的空气质量，保证人类的健康。

【关键词】氮氧化物；控制；锅炉烟气再循环；过剩空气系数

循环流化床锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。本文对循环流化床锅炉中的NOX生成机制进行深入研究，分析影响NOX浓度的因素，通过实践探讨运行控制NOX排放量的方法，为循环流化床锅炉的运行提供参考。

一、NOX的生成机制

煤燃烧过程中产生的氮氧化物[1-3]主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），这两者统称为NOX，此外还有少量的氧化二氮（NO2）产生。和SO2的生成机理不同，在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式、特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。

在煤燃烧过程中，生成的NNOX途径有三个：

（1）热力型NOX（ThermalNOX），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的。NOX中绝大部分是NO，因此可采用Zeldovich提出的NO生成机理来描述[4]，其主要反应式为：

当燃烧时间较短时，[NO]的0阶近似关系式为

式中，t为平均燃烧时间，T为绝热燃烧温度，A0、a0为常数，由实验确定。

循环流化床锅炉内燃料燃烧时间较长且变动较大，此时，0阶近似不再成立，而应采用1阶近似来处理，其关系式为

式中，n>0，A0*、a0*为常数，由实验确定。

由式（1）、（2）和大量的实验数据可知[1]，热力型NOX的生成速率与燃烧温度密切相关，燃烧温度越低，热力型NOX的浓度越低。在循环流化床锅炉中，床温较低，一般在900oC~950oC，因此，热力型NOx的生成量很少，一般只占循环流化床锅炉总NOX的5%左右。

（2）燃料型NOX（FuelNOX），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOX。燃料型NOX的转化机制及转化率的高低主要取决于炉内温度，当燃烧温度较低时，绝大部分氮残留在焦炭中，而当温度较高时，氮则主要以挥发分的形式析出。研究表明，当燃烧温度为850oC时，燃料型NOX的70%以上来自于焦炭燃烧，而在1150oC时，则仅为50%。在循环流化床锅炉中，燃料型NOX的生成速度在低温时主要受温度控制，而在高温时则主要受分子质扩散过程控制，因此，当温度超过900oC以后，燃料氮的转化率仅有少许增加。

（3）快速型NOX（PromptNOX），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的炭氢离子团如CH等反应生成的NOX。其中燃料型NOX是最主要的，它占总生成量的60%~80%以上，热力型NOX的生成和燃烧温度的关系很大，在温度足够高时，热力型NOX的生成量可占到总量的20%；快速型NOX在煤燃烧过程中的生成量很小。另外，N2O和NOX燃料型一样，也是从燃料的氮化合物转化生成的，它的生成过程和燃料型NOX的生成和破坏密切相关。

二、影响因素分析

在循环流化床锅炉中，一方面，氮在燃烧过程中被不断氧化生成NOX，另一方面在还原性气氛中NOX也会被不断还原生成N2，因此，影响氧化、还原反应的所有因素都将影响到NOX的浓度[5-6]。

（1）燃料特性的影响

由于NOX主要来自于燃料中的氮，因此，从总体上看，燃料氮含量越高，则NOX的排放量也越高；

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