浅析含氧量对锅炉烟气氮氧化物折算值的影响

禤四德

【摘 要】氮氧化物是燃煤锅炉的主要排放污染物之一，为了达标排放，必须对氮氧化物进行无公害处理。脱硝是处理燃煤锅炉烟气达标排放的重要措施之一。锅炉烟气的含氧量对氮氧化物及氮氧化物折算值都有影响，为了分析含氧量对氮氧化物折算值的影响，抽取了某75 t/h燃煤循环流化床锅炉运行的烟气监测数据进行理论分析，得出有效控制氮氧化物折算值的措施，保证燃煤锅炉烟气得到有效的治理，从而达标排放。

【关键词】含氧量；氮氧化物（NOx）；氮氧化物折算值

【中图分类号】TM621.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）08-0075-03

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=■

3 含氧量对折算值的影响分析

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75 t/h循环流化床锅炉运行时，检测3组烟气数据结果见表1。

对第一组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为71 mg/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109.23 mg/m3、110.36 mg/m3、111.52 mg/m3、112.70 mg/m3、113.90 mg/m3、115.14 mg/m3、116.39 mg/m3。比假定折算分别增加1.11、2.24、3.40、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84.01 mg/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。

对第三组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为118 mg/m3不变，若烟气含氧量每增加0.1%，即含氧量分別为11.94%、12.04%、12.14%、12.24%、12.34%、12.44%、12.54%，那么氮氧化物折算值分别为195.36 mg/m3、197.54 mg/m3、199.77 mg/m3、202.05 mg/m3、204.39 mg/m3、206.78 mg/m3、209.22 mg/m3。比假定折算分别增加2.13、4.31、6.54、8.82、11.16、13.54、15.99。相邻折算值差分别为2.13、2.18、2.23、2.28、2.33、2.39、2.44。

对第一组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为71 mg/m3不变，若烟气含氧量每减少0.1%，即含氧量分别为11.05%、10.95%、10.85%、10.75%、10.65%、10.55%、10.45%，那么氮氧化物折算值分别是107.04 mg/m3、105.97 mg/m3、104.93 mg/m3、103.90 mg/m3、102.90 mg/m3、101.91 mg/m3、100.95 mg/m3。比假定折算分别降低1.09、2.16、3.2、4.22、5.22、6.21、7.17。相邻折算值差分别为1.09、1.07、1.04、1.02、1.00、0.98、0.97。

对第二组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为84.01 mg/m3不变，若烟气含氧量每减少0.1%，即含氧量分别为12.78%、12.68%、12.58%、12.48%、12.38%、12.28%、12.18%，那么氮氧化物折算值分别是153.30 mg/m3、151.46 mg/m3、149.66 mg/m3、147.90 mg/m3、146.19 mg/m3、144.51 mg/m3、142.87 mg/m3。比假定折算分别降低1.89、3.73、5.53、7.29、9.00、10.68、12.32。相鄰折算值差分别为1.89、1.84、1.80、1.76、1.71、1.68、1.64。

对第三组数据进行分析，假定氮氧化物实测值为118 mg/m3不变，若烟气含氧量每减少0.1%，即含氧量分别为11.74%、11.64%、11.54%、11.44%、11.34%、11.24%、11.14%，那么氮氧化物折算值分别是191.14 mg/m3、189.10 mg/m3、187.10 mg/m3、185.15 mg/m3、183.23 mg/m3、181.35 mg/m3、179.51 mg/m3。比假定折算分别降低2.09、4.13、6.13、8.08、10.00、11.88、13.72。相邻折算值差分别为2.09、2.04、2.00、1.96、1.92、1.88、1.84。

从以上数据中可以得出，假定氮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。

以上某75 t/h循环流化床锅炉运行时检测3组烟气数据理论计算得到相关的变量关系如图1所示。

4 结论

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。

参 考 文 献

[1]吴碧君.燃烧过程中氮氧化物的生成机理[J].电力环境保护，2003（4）.

[2]董伟鹤.火电锅炉风机节能及氮氧化物减排研究[D].合肥：中国科学技术大学，2009.

[3]冯兆兴.高挥发分煤种电站锅炉高效低NOx排放系统研究[D].河北：华北电力大学，2007.

[责任编辑：陈泽琦]