江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院江苏省南通市226011
摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，在工业中，锅炉的应用十分普遍。本文主要对工业锅炉氮氧化物监控系统的研发和应用进行了分析，证明了此套系统具有较好的市场应用前景。
关键词：工业锅炉；监控系统；锅炉调控；氮氧化物
引言
各类燃煤企业在处理环境保护问题时面临的最重要的困难就是要解决在燃烧煤炭时产生的大量硫氧化合物与氮氧化合物组成的烟气。除此之外，氮氧化合物还会与碳氢化物结合生成对大气造成严重破坏的化学烟雾，酸雨的产生与此也有一定关系。因此，对燃煤企业来说，减少燃烧产生的氮氧化合物是实际践行环保行为的重中之重。
1锅炉降低氮氧化物的常规技术路线
燃煤电厂锅炉烟气内氮氧化物主要有热力型和燃料型两类，第一种是空气中的氮在炉内高温下氧化生成的氮氧化物，第二种是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化生成氮氧化物。燃煤锅炉产生的氮氧化物以燃料型为主，热力型次之。锅炉降低氮氧化物有2个主要方向，一是增加SCR或SNCR等装置，在炉内将烟气中NOx的在炉内或尾部吸收脱除，二是从源头减少NOx生成，如锅炉采用低氮燃烧器、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等方式。目前采用较多的是采用SCR和低氮燃烧器。但是上述改造办法投资大，对锅炉效率也有不利影响，针对有一定炉龄的W火焰炉，并不是最优方案。但是其改造思路，降低炉温、优化配风，减少NOx生成，是可以参考借鉴的。
2新型氮氧化物监控系统原理及架构
燃料燃烧过程中，NOx的生成根据氮的来源和生成路径不同，可分为以下三种：热力型NOx，快速型NOx，燃料型NOx。对于燃煤工业锅炉，此三种类型的NOx都存在且燃料型NOx占大部分。对于燃气、燃油工业锅炉，由于燃料中氮元素含量较少，所以热力型NOx占大部分，通过对燃料的前处理可以除去绝大部分燃料型NOx，因此热力型NOx的减排成为研究的重点。研究表明：热力型NOx的生成量与燃烧温度和氧量有密切的关系，燃烧温度越高、氧含量越高则热力型NOx的生成量越大。因此，监测系统应该设有NOx检测装置、氧量测量装置、温度测量装置。一般来说远程在线检测系统的架构由信号采集层、数据传输层、中心管理层、用户应用层组成。该系统由烟气处理装置、NOx检测仪、氧量测量装置、温度测量装置、信号处理单元和信号输出单元组成。信号采集层包括感知原件和采集终端两部分，监测对象为所有类型的工业锅炉。其中，NOx检测仪、氧量测量装置、温度测量装置组成系统的感知原件，用来采集锅炉运行的各类物理信号。信号处理单元构成远程监测终端，该终端应用于工业锅炉现场，通过对传感器的实时采样实现工业锅炉多种物理参数和状态的监测，并能根据直接监测参数自动计算工业锅炉效率、能耗等间接监测参数，对锅炉的运行状态进行实时分析，在监测到锅炉异常情况时发出报警信息。该终端装置一方面通过现场人机交互接口将锅炉的实时状态传递给操作人员，另一方面通过数据传输网络将锅炉监测参数和信息传输到远程管理平台。远程数据传输方式可分为两种，即有线传输和无线传输。该系统的数据传输层为信号输出单元，采用无线传输方式，即GPＲS无线服务。系统的中心管理层为工业锅炉安全与环保远程监测管理平台，该系统通过信号输出单元将采集到的数据传输到远程监测管理平台，平台通过对所有监测数据的管理、分析与发布实现对区域范围内所有工业锅炉的集中监管。用户应用层包括政府机构、检验机构、使用单位、制造单位、维保单位等浏览器端用户以及智能手机、平板电脑等移动端用户，通过GPＲS/3G网络和Intemet网络访问远程监测管理平台，获取被监测锅炉的实时状态数据。
3新型氮氧化物监控系统介绍
3.1锅炉整体布置
以使用600MW———DG2028/17.45-II5型锅炉为例，这种锅炉属于单炉膛、尾部双烟道配置，同时装备有全钢架和悬吊结构。在使用这种锅炉时，需要将其布置成π型，同时锅炉，并且设置燃烧器前后墙装置进行对冲燃烧。锅炉配有由程序控制的吹灰器，其中包含42个炉膛吹灰装置，除此之外还有48个长伸缩式吹灰装置、10只加长枪型长伸缩式吹灰器，每台空预器各设置2台吹灰器，分为冷热端，共4台。在炉膛的出口处两侧分别装备由用来监测烟气温度的探针，还有用来监控炉膛内部情况的摄像头。
3.2低NOx燃烧器
低NOx燃烧器的采用，可以实现在燃料燃烧过程中对NOx排放进行控制，同时有利于燃料的稳定着火燃烧和完全燃烧．低NOx燃烧器的工作原理是把燃烧一次风分成浓相和淡相两个部分在不同的位置进行燃烧：浓相所处位置距离火焰中心较近，温度较高，但是由于氧化比例较少，因而降低了NOx的生成率；淡相所处位置靠近水冷壁，由于该区域远离火焰中心，温度偏低，尽管在此位置的氧化比例较高，但是NOx的生成率依旧较低，最终实现了减少NOx生成与排放的目的。低NOx燃烧器有低NOx预燃室燃烧器、分割火焰型燃烧器、阶段燃烧器、浓淡型燃烧器、混合促进型燃烧器、自身再循环燃烧器等几大类．脱硝效率一般在30%～60%之间。
3.3温度测量
排烟热损失是对锅炉热效率影响最大的一项热损失，为5%～10%。排烟温度的高低直接决定着锅炉效率的高低，排烟温度升高，会直接导致排烟热损失的增加。另外，排烟温度能够反映锅炉的燃烧工况，根据排烟温度可以判断锅炉是否运行正常，因此排烟温度的测量极其重要，该系统的温度测量装置为铂热电阻传感器。
3.4低过量空气燃烧
低过量空气燃烧的原理是通过减少烟气中的过量氧气抑制NOx的生成，所以要尽可能保证燃烧在接近理论空气量的条件下进行，是一种相对简单的降低NOx排放的方法。但是，此方法的NOx脱除效率只有15%～20%，而且燃料在此燃烧环境下可能燃烧不够充分，进而会产生热损失，从而降低锅炉效率。
3.5氧量测量
为了使锅炉保持最佳燃烧工况，必须使实际空气量与理论燃料燃烧所需的空气量比例合适，这个比例系数称为过量空气系数。由于目前直接测量和控制过量空气系数还很困难，所以只能采用间接的测量方法。因为烟气中氧气含量与过量空气系数有确定的单值函数关系，且受燃料品种变化影响较小，所以通常用连续测量烟气中氧气含量的方法来了解过量空气系数，以判断燃烧状况，控制进入炉膛的空气量，维持最佳配风比，实现优化燃烧，达到节约能源和减少环境污染的双重效果。另一方面，随着国家环保力度的不断加大及环保法规的不断完善，污染物排放控制也日益严格和科学化，这迫切要求在线准确测量出锅炉排放烟气中的污染物含量。
结束语
终上所述，有以下几种方法可以控制NOx的排放量，以供电力企业生产参考。①减少一次风母管压力，在总风量不变的前提下采用缩腰或者倒宝塔型配风方式，可以减少NOx的排放。②降低锅炉内工作时的含氧量，促使燃料分级燃烧可以实现对NOx排放的控制。③保持煤粉细度小于等于15%。④保证NOx排放量监控的即时性。
参考文献：
[1]程瑞涛.燃烧调整对NOx排放和锅炉效率影响的研究[J].科技尚品，2016（4）：206.
[2]张相，蒋红，李刚，等.低氮燃烧技术对锅炉燃烧系统的影响分析[J].能源工程，2016（6）：54~57.
[3]田肥.火电厂运行调整及锅炉燃烧调整对飞灰品质的影响[J].科技风，2016（18）：186~187.