循环流化床 锅炉中nox的影响因素分析

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1、全国化工热工设计技术中心站年会论文集209.循环流化床锅炉中NOx的影响因素分析*李友荣卢啸风吴双应（重庆大学热能工程学院，重庆，400044）[内容摘要]从循环流化床锅炉中燃料燃烧过程的基本特性出发，对NOx的生成机制进行了深入研究，分析了影响NOx浓度高低的因素，探讨了控制NOx排放量的措施，从而，为循环流化床锅炉的设计、运行提供了理论依据。[关键词]循环流化床氮氧化物控制一、前言能源与环境是当今社会发展的两大问题，在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%SO2、68%NOx和60%

2、粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术、降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。循环流化床锅炉是近二十年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术，其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，不但能达到低NOx排放、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，因此，在国际上得到了迅速的商业推广。国内从芬兰奥斯龙公司引进的首台410t/hPYROFLOW循环流化床锅炉示范电站工程已成功地

3、在四川省内江市高坝电厂投入运行，由东方锅炉厂设计制造的国产410t/h循环流化床锅炉将安装在四川省宜宾电厂，现已进入实施阶段。可以预见，未来几年将是循环流化床技术飞速发展的一个重要时期。本文主要对循环流化床锅炉中NOx的生成机制进行深入研究，分析影响NOx浓度高低的因素，探讨控制NOx排放量的措施，为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。二、NOx的生成机制目前，对循环流化床锅炉中NOx生成的物理机制还不甚清楚，一般认为[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高温状态下与氧进行化学反应生成NOx，即热力型NO

4、x；另一个是有机地结合在矿物燃料中的杂环氮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：O2→O+ON2+O→NO+N210.全国化工热工设计技术中心站年会论文集O2+N→NO+O当燃烧时间较短时，[NO]的0阶近似关系式为⎛a0⎞[NO]=τA0exp⎜−⎟(1)⎝T⎠式中，τ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。与煤粉炉相比，循环流化床锅炉内燃料燃烧时间较长且变

5、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⎛*⎞**⎜a0⎟B0[NO]=τA0exp−−τ(2)⎜T⎟Tn⎝⎠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800oC~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。（二）、燃料型NOx煤中氮的主要存在形式是芳香杂环氮化物、砒啶和砒咯及其衍生物，因此，燃料

6、型NOx的形成分两步进行，第一步，在燃烧条件下，燃料中的杂环氮化物等将受热分解成HCN或NH3，然后，随着挥发分一起释放出来；第二步，在氧化气氛下，HCN或NH3被氧化生成NOx，其主要途径如图1所示。除了受热分解后随挥发分一起释放出来的氮外，还有一部分氮将残留在煤焦中，这部分氮在煤焦燃烧时也会被氧化生成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

7、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。+O+H+H+NON2HCNHCONHN+O+N2NO+OH+OM，+OH，+NH2HNONO+O2，+OH+OH，+H，+O+H，+OH+H，+OHNH3NH2NHN+NO+NO+NONNHN2图1燃烧过程中NOx的产生过程全国化工热工设计技术中心站年会论文集211.三、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

8、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。（一）、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；同时，燃料中氮的存在形态不