燃煤锅炉运行中,NOx是主要大气污染物之一。氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),这二者统称为NOx。此外,还有少量的氧化二氮(N2O)产生。排入大气的NOx会引起酸雨和光化学烟雾污染,破坏臭氧层,严重破坏生态环境,危害到人类的健康。为达到国家最新颁布实施的(《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)的大气污染物排放限值标准,必须对NOx进行无公害处理后合格排放。烟气排放中氮氧化物和氮氧化物折算值是其中2项重要的指标,下面分析一下含氧量对氮氧化物折算值的影响。
1.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,还原为无害的氮气和水。采用NH3作为还原剂,在温度为850~1 050 ℃的范围内,还原NOx的化学反应方程式主要为4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O;4NH3+2NO+2O2=3N2+6H2O;8NH3+6NO2=7N2+12H2O。烟气中NOx的生成反应过程是相当复杂的,煤在燃烧过程中生成NOx的途径有3种:①热力型,这是空气中氮气在高温下氧化而成的过程。②燃料型,这是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解后继续氧化的过程。③快速型,这是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团(如CH等)反应生成的过程。根据氮氧化物的燃烧化学反应,降低炉内过量空气系数,可以降低氮氧化物的生成;缺点为锅炉燃烧需要足够的氧量,在炉膛出口氧量为5%~6%,较低的空气系数会造成燃烧化学反应不充分,也会降低锅炉热利用效率;易于还原性气体的生成,锅炉管束、管壁等受热面容易结焦,降低换热效率;降低受热面使用寿命;同时造成燃烧不稳定,燃烧时间延长,排烟温度升高,严重的会造成锅炉灭火。
2 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。这个可以从氮氧化物折算值的计算公式中分析了解得到。计算公式如下:氮氧化物折算值=[21/(21-X)]/1.4×氮氧化物实测值上式中的X为实测的烟氧含氧量。经过换算得出:氮氧化物折算值=15×氮氧化物实测值/
21-烟气含氧量。
通过实验得出: 锅炉运行中烟气的含氧量有一定的控制范围,锅炉的设计不同,测点不同运行值也不同,一般情况下,锅炉运行时的烟气含氧量应控制在3%~9%。含氧量过低不利于燃料的燃烧;含氧量过高会造成锅炉热损失,降低热效率。含氧量的控制是复杂的,受到诸多因素的影响,如锅炉结构、燃料特性、设备性能、运行工况、风量配比、操作水平等。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。