循環(huán)流化床鍋爐煙氣降硝改造探討

鞏建華

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467013）

循環(huán)流化床鍋爐煙氣降硝改造探討

鞏建華

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467013）

分析了某公司130 t／h循環(huán)流化床鍋爐NOx原始排放濃度高和爐膛出口溫度低的原因，并提出了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，包括對(duì)鍋爐異型分離器本體及中心筒進(jìn)行優(yōu)化改造，提高了分離器效率，為SNCR脫硝系統(tǒng)提供合理的溫度分布場(chǎng)；同時(shí)新增二次環(huán)形風(fēng)實(shí)現(xiàn)深度分級(jí)燃燒及煙氣再循環(huán)技術(shù)降低了NOx原始排放濃度。經(jīng)降硝改造后，鍋爐NOx排放濃度滿足環(huán)保要求。

循環(huán)流化床鍋爐；分離器；分級(jí)燃燒；煙氣再循環(huán)

NOx可造成大氣污染，煤炭高溫燃燒是NOx的主要來(lái)源，為了解決日益嚴(yán)重的NOx污染問(wèn)題，研究一種可降低燃煤電廠NOx排放、經(jīng)濟(jì)性好的技術(shù)具有重要意義。針對(duì)現(xiàn)有低NOx燃燒技術(shù)效率較低的狀況，基于大量的理論分析、中試研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究開(kāi)發(fā)復(fù)合分級(jí)NOx燃燒技術(shù)，其N(xiāo)Ox控制效率高，對(duì)鍋爐燃燒效率影響小。針對(duì)某電廠循環(huán)流化床鍋爐，制定了復(fù)合分級(jí)低NOx燃燒改造方案，并進(jìn)行了詳細(xì)分析［1－2］。

1 概述

某公司130 t／h鍋爐是異型水冷分離器循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐采用“П”型布置，框架支吊結(jié)構(gòu)。該鍋爐布置有2臺(tái)異型水冷分離器，爐膛后墻中間部分水冷壁向后彎制形成分離器入口加速段。分離器后墻向上延伸成為分離器和爐膛斜頂，向下收縮成料斗，另一部分直接引出作吊掛管用。分離器斜頂、側(cè)墻和頂棚管構(gòu)成了分離器的出口煙道。

由于鍋爐分離器為異型水冷分離器，分離效率偏低。運(yùn)行期間分離效率低，循環(huán)灰量小，床溫偏高，一次風(fēng)量大，負(fù)荷達(dá)不到額定負(fù)荷。一次風(fēng)量大導(dǎo)致密相區(qū)過(guò)氧燃燒，與循環(huán)流化床鍋爐的分段低溫燃燒、低氮燃燒完全背離，煙氣NOx排放達(dá)到600 mg／m3，顯著高于燃用同類(lèi)煤種CFB鍋爐排放值。爐膛出口溫度在650～700℃，鍋爐SNCR脫硝效率低且氨逃逸在10 μL／L以上，無(wú)法滿足環(huán)保正常排放指標(biāo)NOx≤200 mg／m3，針對(duì)上述原因，對(duì)本臺(tái)鍋爐實(shí)施降硝改造。

2 機(jī)理分析

根據(jù)氮氧化合物生成機(jī)理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有溫度（火焰溫度或床溫）、氧濃度、燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時(shí)間和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有2個(gè)方面：降低床溫，防止局部高溫；降低過(guò)量空氣系數(shù)和氧濃度，使煤在缺氧的條件下燃燒。鑒于該公司熱電廠130 t／h鍋爐的現(xiàn)狀，采用“提高鍋爐分離器效率，降低鍋爐床溫，提高爐膛出口煙溫”、“低過(guò)量空氣燃燒”、“空氣深度分級(jí)燃燒”和“煙氣再循環(huán)”等煙氣降硝改造措施，降低NOx排放濃度。

3 鍋爐改造方案

3.1 分離器效率提效改造

分離器是CFB鍋爐的關(guān)鍵部件，其主要作用是將大量高溫固體物料從氣流中分離出來(lái)，送回爐膛，以維持爐膛的快速流態(tài)化運(yùn)行，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)，為焦炭顆粒和脫硫劑停留時(shí)間的延長(zhǎng)提供條件。因此，分離器的分離效率對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行產(chǎn)生直接影響。影響分離器效率的因素很多，如飛灰的粒徑、濃度、入口速度及外部結(jié)構(gòu)等，通常分離器進(jìn)口寬度與進(jìn)口形式、中心筒插入長(zhǎng)度和直徑、筒體直徑等對(duì)分離器性能影響較大［3］。

某熱電廠130 t／h鍋爐分離器筒體直徑3 895 mm，進(jìn)口截面3 880 mm×990 mm，中心筒直徑1 500 mm，插入深度約1 334 mm。日常運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐分離器阻力適中，但分配不合理。分離器進(jìn)口段阻力較低，同時(shí)分離器出口段（中心筒）阻力過(guò)大。通過(guò)飛灰分析發(fā)現(xiàn)，3號(hào)鍋爐飛灰粒徑較粗，中位徑d50為40.47 μm，切割粒徑d90為151.0 μm，遠(yuǎn)高于正常值。此外爐膛中部壓差較低，一次風(fēng)率較大，床溫較高，顯然該分離器的分離效率較低。

鍋爐分離器的分離效率偏低，顆粒將不能從煙氣中有效分離，大量顆粒不經(jīng)循環(huán)而一次通過(guò)爐膛進(jìn)入尾部受熱面，濃度較高的含塵氣流加劇尾部受熱面的磨損，影響設(shè)備使用壽命；同時(shí)外循環(huán)灰量減少，密相區(qū)熱量不能有效向上傳遞影響鍋爐爐膛傳熱特性，造成床溫高鍋爐的出力不足，飛灰含碳量較高，鍋爐效率下降；鍋爐改造前為了降低鍋爐床溫，運(yùn)行期間一、二次風(fēng)量配比為7∶3，且一次風(fēng)量明顯偏高同類(lèi)型鍋爐，造成了密相區(qū)的富氧燃燒，煙氣中NOx大量生成。

針對(duì)分離器存在的問(wèn)題，主要改變分離器進(jìn)氣方式和入口結(jié)構(gòu)，提高其分離效率。分離器進(jìn)口煙道從中間改造到爐膛兩側(cè)，并用澆注料對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其結(jié)構(gòu)接近分離效率較高的蝸殼式分離器，不僅提高了分離器效率，而且為SNCR系統(tǒng)噴槍布置提供了較佳位置，提高了脫硝效率；將分離器出口煙道加高了500 mm，提高了分離器效率。

3.2 深度分級(jí)燃燒改造

CFB燃煤過(guò)程的分級(jí)燃燒技術(shù)使CFB的爐膛自下而上形成富燃料（煤）區(qū)、部分燃燒區(qū)、燃燒區(qū)。該技術(shù)有利于抑制CFB燃煤過(guò)程，特別是高揮發(fā)分煤燃燒過(guò)程的NOx排放。將總空氣供應(yīng)量按一定比例分為一次風(fēng)、二次風(fēng)引入CFB中的分級(jí)燃燒是有效控制NOx排放的重要手段之一［4］。

該鍋爐運(yùn)行中分級(jí)燃燒存在以下問(wèn)題：由于鍋爐運(yùn)行時(shí)一次風(fēng)率較高，約占75%；二次風(fēng)率較低，約占25%，不利于分級(jí)燃燒和NOx控制。二次風(fēng)為1層布置，距布風(fēng)板3 050 mm、數(shù)量14個(gè)、噴口規(guī)格約110 mm×160 mm。這種二次風(fēng)布置形式不能實(shí)現(xiàn)有效分級(jí)燃燒，不利于NOx控制。

鍋爐深度分級(jí)燃燒改造原二次風(fēng)不變，風(fēng)源仍采用現(xiàn)有二次熱風(fēng)；前后墻各增加4個(gè)DN250二次風(fēng)噴口，材質(zhì)為Cr25Ni20。新增二次風(fēng)風(fēng)源取自一次熱風(fēng)，前墻一路，后墻一路，管道規(guī)格為D377 mm×5 mm。

鍋爐深度分級(jí)燃燒改造后，降低了一次風(fēng)率（經(jīng)過(guò)布風(fēng)板），提高了二次風(fēng)比率和二次風(fēng)口的位置，這些將使一次風(fēng)和二次風(fēng)間的缺氧區(qū)域擴(kuò)大，氣體和固體物料在二次風(fēng)以下的停留時(shí)間變長(zhǎng)，具有較強(qiáng)的還原性，抑制NO的生成；缺氧環(huán)境使床中半焦?jié)舛仍黾樱龠M(jìn)NO被還原為N2O，有效降低了NOx排放。

3.3 新增煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

從引風(fēng)機(jī)后抽取溫度較低的干凈煙氣，通過(guò)再循環(huán)風(fēng)機(jī)將抽取的煙氣送入空氣煙氣混合器，和空氣混合后一起通過(guò)一次風(fēng)機(jī)送入爐內(nèi)。這樣可降低鍋爐床溫，也可降低氧氣濃度，進(jìn)而降低了NOx的排放濃度。設(shè)計(jì)再循環(huán)煙氣量為15 000 Nm3／h，煙氣再循環(huán)率為10%，再循環(huán)管道規(guī)格D630 mm× 6 mm。鍋爐運(yùn)行時(shí)氧量降低了2%。

4 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐改造后分離器效率明顯提高，爐膛溫度場(chǎng)分布均勻，飛灰粒徑取樣分析降低到30 μm以下；鍋爐帶負(fù)荷能力顯著增強(qiáng)，從110 t／h增加到125 t／h；鍋爐床溫略有降低，但爐膛出口溫度由原來(lái)的650℃提升到近800℃，為鍋爐的SNCR脫硝系統(tǒng)提供了合適的位置和最佳的反應(yīng)溫度場(chǎng)，SNCR脫硝效率提高近15%。

鍋爐深度分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)改造后一、二次風(fēng)量配比為6∶4，鍋爐氧量明顯降低，同時(shí)也抑制了NOx的生成，有效降低NOx排放。環(huán)保部門(mén)性能驗(yàn)收期間在鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)停運(yùn)情況下，鍋爐煙氣NOx排放濃度由原來(lái)的600 mg／m3降低至200 mg／m3左右，降硝改造效果明顯。投入SNCR脫硝系統(tǒng)后，NOx可以降低到100 mg／m3以下。

［1］張春玲，孫紹增，王正陽(yáng).復(fù)合分級(jí)低NOx燃燒改造方案技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（5）：17－20.

［2］董建勛.日本大型火電機(jī)組煙氣凈化技術(shù)［J］.東北電力技術(shù)，2004，25（3）：38－44.

［3］趙俊紅，荊有印，趙爭(zhēng)輝.循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算與結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（9）：1－4.

［4］馮俊凱，岳光溪，呂俊復(fù).循環(huán)流化床燃燒鍋爐［M］.北京：電力工業(yè)出版社，2003.

Discuss on Transformation of Circulating Fluidized Bed Boiler for Reducing NOxGeneration of Flue Gas

GONG Jian?hua
（Nylon 66 Salt Co.，Ltd.，Shenma Group，Pingdingshan，Henan 467013，China）

The reasons for low temperature of furnace outlet and NOxhigh emission concentration of given 130 t／h circulating fluidized bed boiler are analyzed.Technical countermeasures are proposed such as boiler heterotype separator body，optimization and modifica?tion of center tube to improve separator efficiency，providing reasonable temperature distribution field for denitrification system.Addi?tional secondary annular wind realizes deep fractional combustion and flue gas recycling technology reduces NOxemission concentration. NOxemission concentration of boiler satisfies environment protection requirements after reduction and transformation of nitrate.

CFB boiler；Segregator；Fractional combustion；Flue gas recirculation

TM621

A

1004－7913（2016）09－0030－02

鞏建華（1978—），男，工程師，從事循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組技術(shù)管理工作。

2016－06－30）