循环流化床机组中NOx的影响诱因剖析.doc

全省焦化热工设计技术中心站晚会论文集209.循环流化床机组中NO（上海中学热能安装工程学校，北京，400044）[内容摘要]从循环流化床机组中燃料燃烧过程的基本特点出发，对NOx的生成模式进行了深入研究，剖析了影响NOx含量高低的诱因，阐述了控制NOx排放量的举措，因而，为循环流化床机组的设计、运行提供了理论根据。循环流化床氮氧化物控制能源与环境是现今社会发展的两大问题，在能源的运用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。比如，我国每年排入大气中的87%SO2、68%NOx60%烟尘均来自于煤的直接燃烧，所以，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术、降低NOx和SO2的排放量是当前亟需解决的问题。循环流化床机组是近二三年来在国际上发展上去的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术，其主要优点在于燃料及脱硝剂经多次循环、反复地进行高温燃烧和脱硝反应，炉内流场运动强烈，不但能达到低NOx排放、90%的脱硝效率和与褐煤炉相似的燃烧效率，并且具备燃料适应性广、负荷调节功耗好、灰渣便于综合运用等特点，然而，在国际上得到了快速的商业推广。国外从德国奥斯龙公司引入的首台410t/hPYROFLOW循环流化床机组示范电厂安装工程已成功地在辽宁外省江市高坝电站投入运行，由东方机组厂设计制造的国产410t/h循环流化床机组将安装在成都省广元电站，现已步入推行阶段。

可以预见，未来几年将是循环流化床技术迅猛发展的一个重要时期。本文主要对循环流化床机组中NOx的生成模式进行深入研究，剖析影响NOx含量高低的诱因，思考控制NOx排放量的举措，为循环流化床机组的设计、运行提供参考。二、NOx的生成模式现在，对循环流化床机组中NOx生成的化学体系还不甚清楚，通常觉得[1-3]，其生成途径主要有两个，一个是供燃烧用的空气中的氮在低温状态下与氧进行物理反应生成NOx，即热力型NOx；另一个是有机地结合在矿物燃料中的羰基硫化物在火焰中发生热分解，接着被氧化生成NOx，即燃料型NOx。（一）热力型NOx热力型NOx中绝大部份是NO，所以可选用Zeldovich提出的NO生成成因来描述210.全省焦化热工设计技术中心站晚会论文集O2+N当燃烧时间较短时，[NO]的0阶近似关系式为式中，为平均燃烧时间，T为绝热燃烧体温，A0、a0为常数，由试验确定。与褐煤炉相比，循环流化床机组内燃料燃烧时间较长且变动较大，此刻，0阶近似不再设立，而应选用1阶近似来处理，其关系式为为常数，由试验确定。由式（1）、（2）和大量的试验数据可知，热力型NOx的生成速度与燃烧气温紧密相关，燃烧气温越低，热力型NOx的含量越低。

在循环流化床机组中，床温较低，通常在800此，热力型NOx的生成量极少，通常只占循环流化床机组总NOx的5%左右。（二）、燃料型NOx煤中氮的主要存在方式是芬芳吡啶络合物、砒啶和砒咯及其衍生物，此外，燃料型NOx成份两步进行，第一步，在燃烧条件下，燃料中的羰基硫化物等将受热分解成HCN或NH3，之后，随着挥发分一起释放下来；第二步，在氧化氛围下，HCN或NH3被氧化生成NOx，其主要途径如图所示。不仅受热分解后随挥发分一起释放下来的氮外，也有一部份氮将残留在煤炭中，这部份氮在煤炭燃烧时也会被氧化生成NOx。燃料型NOx的转换模式及转换率的高低主要取决于炉内气温，当燃烧气温较低时，绝大部份氮残留在煤炭中，而当体温较高时，氮则主要以挥发分的方式析出。研究阐明，当燃烧气温为850时，燃料型NOx的70%以上来自于煤炭燃烧，而在1150时，则仅为50%。在循环流化床机组中，燃料型NOx的生成速率在高温时主要受湿度控制，而在低温时则主要受分子质扩散过程控制，然而，当气温超出900燃烧过程中NOx的形成过程HCONHHCN+OH，+H，+O+H，+OHNHNH，+OH+H，+OHNNHHNOM，+OH，+NH全省焦化热工设计技术中心站晚会论文集211.三、影响诱因剖析在循环流化床机组中，一方面，氮在燃烧过程中被不断氧化生成NOx，另一方面，在还原性氛围中NOx也会被不断还原生成N2，所以，影响氧化、还原反应的所有诱因都将影响到NOx的含量。

（一）、燃料特点的影响因为NOx主要来自于燃料中的氮，所以，从总体上看，燃料氮浓度越高，则NOx的排放量也越高；同时，燃料中氮的存在型态不同，NOx的排放量也不一样，以胺的型态存在于煤中的燃料氮在燃烧过程中主要生成NO，而以芬芳环方式存在的燃料氮在挥发分燃烧过程中主要生成N2O。通常说来，烟煤、页岩等劣质燃料中燃料氮的主要存在型态是胺，故NOx排放量较差，N2O甚少；相反，褐煤、无褐煤中燃料氮的主要存在型态是清香环，故NOx排放量较少，而N2O很高。煤、尤其是其挥发分中的各类元素比也会影响到NOx的排放量，其实，O/N比越大，N氧化，故NOx排放量越高，且对外部氧含量越不敏感，因为煤泥中O/N比通常较大，所以，NOx放量较高；H/C比越高，则NO越难于被还原，故NOx排放量也越高；另外，S/N比会影响到各自的排放水平，由于S氧化时会互相竞争氧，故SO2排放量越高，则NOx排放量越低。（二）、过量空气系数的影响当风不分级时，减少适量空气系数，在一定程度上可限制反应区内的氧含量，因此，对热力型NOx和燃料型NOx的生重庆有一定的控制作用循环流化床，辅以这些步骤可使NOx排放量增加（15~20）%，但CO含量会降低，燃烧效率会升高。

当风分级时，可有效地减轻NOx的排放量。通常状况下，二次风从床面上一定距离送入较差，假如过高则对NOx的排放量影响甚小。随着一次风量的减少、二次风量的提高，N被氧化的速率增长循环流化床，NOx排放量也急剧增长，并在某一风量分配下达到最小值。研究阐明，当选用分级送风时，将约1/3左右的燃烧空气作为二次风送入密相区底部一定距离处，NOx排放量可望达到最低水平。其实，不同的窑炉结构有或许会使最佳的一、二次风配比在此范围内有所变化。（三）、燃烧气温的影响燃烧气温对NOx的排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧体温的增加，NOx的排放量将下降，所以，可以通过增加床温来控制NOx的排放量。虽然，床温的增加会带给两个不利的后果，一个是炉内CO含量将降低，物理不完全燃烧损失减小，进而促使燃烧效率下滑；另一个是不利N2O的分解，因而促使N2O的排放含量降低。综合考虑各方面的影响，循环流化床床温以控制在(850~900)较为适合。（四）、脱硫剂的影响在循环流化床机组中，加入的脱硝剂为石灰石，其直接目的是减少SO2的排放量，同时，对NOx的排放量也会形成显著的影响，使CaO作为强催化剂会加强燃料氮的氧化速率，使的生成速度提高；另一个是富余的CaO和CaS作为催化剂会加强CO还原NO的反应过程。

通常状况下，CaO对燃料氮氧化生成NO的贡献小于其对还原性氢气还原NO的贡献，因而，并且NOx排放量降低。所以，为了保证较高的脱硝率、较低的NOx排放水平，最佳的Ca/S=1.5~2.5。其实，富余CaO和CaS的催化作用还与石灰石的品种、粒径大小等诱因有关，需作更逐步的研究。（五）、还原剂的影响212.全省焦化热工设计技术中心站晚会论文集在漂浮段或分离器区域注入甲醇或则尿素等可有效地还原NOx氢气、降低其排放量。比如，对于NH3，其还原反应为且当地氧含量不宜过低另外，在密相区底部注入天然气可使NOx失氧还原为N2，同时形成CO。为了提升燃烧效率，可在天然气注入口顶部再注入补燃空气，那样，既可以控制NOx的排放水平，又可以保证较高的燃烧效率。（六）、循环倍率的影响减少循环倍率，将使物料循环量降低，漂浮段煤炭含量增高，因而，增强了与煤炭的还原反应，使NOx排放量增长。并且，燃料中含氮量越高、固定炭与挥发分的比值越大，NOx的增加疗效越显著。NO与煤炭的还原反应为CO剖析阐明，在循环流化床机组中，燃料型NOx占主导地位，然而，燃料特征、床温、过量空气系数、循环倍率等都要影响到NOx的排放水平；为了增加NOx的排放水平，床温应控制在(850~900)C，并辅以分级送风，同时，也可在密相区下部合适位置注入还原性介质使NOx还原为N2。

[参考文献]赵惠富，污染二氧化碳NOx的产生和控制，上海：科学出版社，1993许玲，武增华，煤燃烧过程中NOx形成制度及影响诱因，环境保护，1998（5）33~35MathematicalTheoryExplosion.NewYork:PlenumPublishingCorporation,1986etal.EmissionControlCFBCoalCombustion.Proc.11thInt.Conf.FBC.Ed.AnthonyMontreal,Canada.1991:655~664分享知识成就自我!