某电站锅炉低NOx燃烧技术改造设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1、引言

雾霾天气、光化学烟雾、酸雨等环境问题已成为热门话题。随着“史上最严新环保法案”的实施，环保问题刻不容缓。我国是以煤炭为主要一次能源的国家，以燃煤为主的火力发电占了全国发电总量的70%。火电厂产生大量的氮氧化物、硫氧化物等有害气体，因此减少火电厂污染物排放已成为重要议题。

2、NOx的危害及排放现状

NOx包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4等，主要为NO、NO2形式存在，其中NO大约占当氧化物总量的90%。NO是无色无味气体，微溶于水，带有自由基，所以化学性质很活泼，当它与氧气反应后，可形成具有腐蚀性的气体--二氧化氮(NO2)。可与血液中的血红蛋白结合成亚硝基血红蛋白或亚硝基高铁血红蛋白,使血液输氧能力下降,造成缺氧。此外NO还有致癌作用,对细胞分裂和遗传信息的传递有不良影响。NO2为棕红色有恶臭气体，能溶于水、碱和二硫化碳中。二氧化氮在阳光照射下，可产生新生态氧，对光化学烟雾的形成起主要作用。二氧化氮对人体危害较大，短时间接触大于9毫克／米3质量浓度时，可致咳嗽，呼吸道刺激；较长时间接触时，可缓慢引起致命性肺水肿及肺出血，对心、肾、造血组织等重要器官都有影响。NOx经过湿式沉降后,形成酸雨，酸雨可导致土壤酸化，可以使水质酸化、破坏水质质量,造成物种减少或灭绝,引起森林树木叶片黄化、落叶,并导致其衰亡,引起农作物减产，能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而造成建筑物损坏。

全球每年排入大气的NOx总量超过3000万吨,并且还在持续增长。人类排放的NOx中,90%以上来源于煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧过程。在我国，煤炭是主要的能源，根据每年的资料估算,燃烧过程产生的污染物约占大气污染物总量才多的70%,其中燃煤排放量占燃烧排放量的96%。在排放到大气中的有害物质中,NOx占总排放量的67%。我国从2006年开始正式统计NOx排放，排放总量每年都在上升。NOx的主要来源是火力发电、机动车排放等,其中火电厂排放大且相对集中,成为国家控制NOx排放的重要目标,因此控制火电厂NOx排放，已经成为当今社会重要的议题。

3、国内外对NOx的排放标准

我国1991年我国首次制定颁布《火电厂大气污染物排放标准》，但是没有规定NOx的排放标准；1997年颁布实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-1996),规定对于固体排渣型火电厂锅炉NOx排放标准最高为650mg/m3（表1）；2003年颁布实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)对不同时段的火电厂排放做了详细的规定（表2）；2011年制定颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定火力发电锅炉执行NOx排放浓度为100毫克每立方米（表3）。

表1火力发电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度mg/m3

表2火力发电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度mg/m3

表3火力发电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度mg/m3

国外对NOx排放的限制远远早于国内，美国早在60年代开始制定了“清洁空气法案”,德国在1974年颁布了“联邦环境保护法”,日本在1974年规定NOx排放限值。美国、欧盟、日本现行的标准如下表所示（表4）

表4美国、欧盟、日本现行标准

4、国内外的研究现状

NOx生成机理：

根据燃料和燃烧条件不同，NOx的生成机制分为热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx三种。

①热力型NOx。热力型NOx是燃烧过程中，空气中的N2在高温下氧化而生成的氮氧化物，影响其生成的主要因素是火焰温度、氧浓度以及高温区范围的大小。温度越高，氧浓度越大，高温范围越大，热力型NOx的生成量就越大。相对于煤粉锅炉来说，热力型NOx占总排放量的20%左右。

②快速型NOx。快速型NOx是燃料中碳氢化合物CmHn与空气中的N2预混燃烧生成的。生成量很少，只占NOx总排放量的5%以下。只要保证足够的氧供应，即可抑制其生成。

③燃料型NOx。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一还原反应而生成的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%。其生成与煤的燃烧方式、燃料工况有关。

目前降低锅炉NOx排放主要有两种方法，一种是在燃烧过程中控制NOx的生成即低NOx燃烧技术（也称为一次措施），另一种是把已经生成的NOx还原为氮气即烟气脱硝技术（也称为二次措施）。

低NOx燃烧技术主要有以下几种：

①低过量空气燃烧。

也叫低氧燃烧，是使燃料在炉内过量空气系数较低的工况下燃烧，但是使用该方法时可能会产生大量的飞灰可燃物，并且降低锅炉的效率，所以该方法使用较少。

②空气分级。

锅炉反应区在空气过量的情况下NOx排放量增加，所以可以在采用空气分级的办法来控制反应区的氧气量。把供燃料用的空气由原来的一股分成两股或者多股。在燃烧开始时只加入部分空气，造成一次气流燃烧区域的富燃料状态，燃料只是部分的燃烧。作为完全燃烧用的其余二次风，喷射到富燃料区域的下游，形成二次燃烧区，使燃料完全燃烧。在空气分级条件下，燃料的燃烧是分步进行的，火焰整体温度包括二次燃烧区的温度较低，于是限制了NOx的形成。NOx排放可降低40%~50%。

③浓淡偏差。

浓淡偏差原理是基于过量空气系数对NOx的变化关系，使部分燃料在空气不足的条件下燃烧，另一部分燃料在空气过量条件下燃烧。浓淡两股煤粉气流都偏离了反应的化学当量比，使煤粉分别在还原气氛和烟温相对较低条件下燃烧，抑制NOx的生成。

④烟气再循环燃烧。

烟气再循环燃烧技术是在锅炉空气预热器前抽取一部分低温烟气或直接送入炉膛,或掺入一次风或二次风中,不仅降低了氧浓度,同时还使火焰温度降低,抑制NOx的生成。但这种方法会引起煤粉燃烧不稳定,甚至灭火。故很少采用。

⑤低NOx燃烧器。

主要有均等配风宽调节比燃烧器（WR燃烧器）、均等配风低污染燃烧器（PM燃烧器）等。

烟气脱硝技术主要包括吸收法、吸附法、微生物法、电子辐射法、催化法等。

2. 研究的基本内容与方案

1、基本内容及目标

本课题以某电站300mw亚临界汽包锅炉为研究对象，从锅炉的炉膛及燃烧器的布置和燃料送风等方面设计改造，降低锅炉nox的排放，并通过数值模拟和分区优化模拟配风的方法验证改造效果。锅炉目前主要表现在nox排放较高，平均在500-600mg/nm3左右，采用缩腰配风时nox可下降到550mg/nm3左右，但会带来飞灰可燃物升高，锅炉效率降低。通过对锅炉运行情况的监测，发现主要存在以下问题：

①燃烧器上部只布置了两层燃尽风喷口，且风量不足；

3. 研究计划与安排

第一阶段准备阶段

①开学前两周，详细了解所选的毕业设计题目，和老师交流查阅相关文献资料，认真学习《锅炉原理》一书关于锅炉领域的基本知识，对所做的课题有一个整体的把握，理出自己的思路，开始准备开题报告的相关资料；

②第三周开始写开题报告，用一到两天的时间写完后，交于指导老师审阅给出修改意见修改，直至完成开题报告的提交；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1]王顶辉.煤粉锅炉燃烧特性及降低氮氧化物生成的技术研究[d].北京：华北电力大学，2014.