鍋爐燃燒與氧量的基本關(guān)系
一、鍋爐燃燒與氧量的基本關(guān)系
在鍋爐的運行過程中,氧量是一個至關(guān)重要的參數(shù)。鍋爐燃燒需要氧氣來支持燃料充分氧化反應(yīng),以釋放熱量產(chǎn)生蒸汽等用于后續(xù)的發(fā)電等環(huán)節(jié)。當(dāng)向爐膛內(nèi)送入的空氣量合適時,燃料能夠在接近理想的狀態(tài)下燃燒,既保證了熱量的高效產(chǎn)出,又能維持各項運行指標(biāo)的穩(wěn)定。通常,我們通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量來控制爐膛內(nèi)的氧量,氧量的多少直接影響著燃燒的完全程度以及燃燒產(chǎn)物的成分和特性。
一般來說,增加氧量,能讓燃料有更多機(jī)會與氧氣接觸并發(fā)生反應(yīng),理論上有助于燃料更充分地燃燒。但過量的氧并不一定都是有利的,它會帶來諸如排煙熱損失增大等一系列問題;而氧量不足,則會導(dǎo)致燃燒不完全,出現(xiàn)未燃盡碳、一氧化碳等不完全燃燒產(chǎn)物增多的情況,影響鍋爐的熱效率和經(jīng)濟(jì)性。
二、氧量對燃燒產(chǎn)物中氮氧化物生成的影響
在鍋爐燃燒過程中,氮氧化物(Nox)的生成主要有熱力型、燃料型和快速型這幾種途徑。
熱力型NOx的生成與燃燒溫度以及氧濃度密切相關(guān)。當(dāng)爐膛內(nèi)的溫度較高時,空氣中的氮氣和氧氣會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NOx,而且氧濃度越高,在高溫條件下這種生成反應(yīng)就越容易進(jìn)行、生成量也就越大。適當(dāng)降低鍋爐氧量,就能夠在一定程度上抑制熱力型NOx的生成。因為氧量減少后,參與反應(yīng)生成熱力型NOx的氧氣分子數(shù)量變少了,即使在高溫區(qū)域,其生成的動力和條件也被削弱,從而使得熱力型NOx的生成量得以降低。
燃料型NOx主要來源于燃料中的含氮化合物在燃燒過程中的轉(zhuǎn)化。雖然它的生成主要取決于燃料本身含氮量以及燃燒時的一些局部環(huán)境,但整體氧量水平對其也有影響。當(dāng)氧量過高時,燃燒反應(yīng)過于劇烈,會促使燃料中含氮成分更多地轉(zhuǎn)化為NOx;而適當(dāng)降低氧量,能使燃燒過程相對溫和一些,減少含氮化合物向NOx的轉(zhuǎn)化效率,進(jìn)而降低燃料型NOx的整體生成量。
快速型NOx在一般的煤粉鍋爐中所占比例相對較小,但同樣也受氧量影響,較低的氧量可以抑制其生成所需要的一些反應(yīng)條件,使其生成量也有所減少。
所以,綜合來看,適當(dāng)降低鍋爐氧量能夠從不同機(jī)制上減少氮氧化物的生成量,這是后續(xù)減少脫硝系統(tǒng)氨耗量的重要前提。
三、脫硝系統(tǒng)及氨耗量的關(guān)聯(lián)
脫硝系統(tǒng)在電廠等眾多使用鍋爐的場所中起著去除氮氧化物、滿足環(huán)保排放要求的關(guān)鍵作用。目前,應(yīng)用較為廣泛的脫硝技術(shù)如選擇性催化還原(SCR)法和選擇性非催化還原(SNCR)法等,大多都是以氨作為還原劑。
以SCR技術(shù)為例,其原理是在催化劑的作用下,氨與氮氧化物按照一定的化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行反應(yīng),將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無害的氮氣和水。在這個過程中,要想將煙氣中的氮氧化物處理到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)以下,就需要投入足夠的氨與之反應(yīng)。如果進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的氮氧化物含量較高,那么為了保證最終的排放達(dá)標(biāo),必然要加大氨的投入量,也就是氨耗量會增加;反之,如果進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的氮氧化物本身含量就比較低,那么只需相對少量的氨就能實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,氨耗量也就隨之減少。
四、氧量降低帶來氨耗量減少的綜合邏輯
由于適當(dāng)降低鍋爐氧量能夠減少氮氧化物的生成,那么傳遞到脫硝系統(tǒng)中的氮氧化物濃度和總量就會相應(yīng)降低。這樣一來,在脫硝系統(tǒng)按照既定的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運行時,面對較低濃度和總量的氮氧化物,就不需要像之前那樣投入大量的氨來進(jìn)行反應(yīng),從而可以有效減少氨的消耗。
例如,在某電廠的實際運行中,原本鍋爐氧量維持在較高水平時,測得進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的氮氧化物濃度較高,為了使排放達(dá)標(biāo),每小時需要投入大量的液氨;而當(dāng)經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整,適當(dāng)降低了鍋爐氧量后,氮氧化物的生成量明顯下降,進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的氮氧化物濃度降低了約30%,相應(yīng)地,氨的投入量每小時也減少了20%左右,這不僅節(jié)約了氨的采購成本,也在一定程度上提升了整個系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
總之,適當(dāng)降低鍋爐氧量,通過抑制氮氧化物的生成,進(jìn)而影響脫硝系統(tǒng)的運行工況,最終實現(xiàn)減少氨耗量的效果,對于提高鍋爐運行的綜合效益以及滿足環(huán)保要求有著重要的意義。