淺析300MW CFB鍋爐啟動(dòng)過程中氮氧化物排放濃度超標(biāo)原因及對(duì)策

劉斌+鄭秀平

摘 要：本文通過對(duì) NOx 生成機(jī)理，結(jié)合已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析了CFB 鍋爐啟動(dòng)過程中燃燒對(duì) NOx 排放的影響因素，提出了降低CFB 鍋爐啟動(dòng)過程中 NOx 排放超限的措施，有效解決了CFB 鍋爐啟動(dòng)過程中氮氧化物（NOx）排放容易超限的問題。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；啟動(dòng)；氮氧化物；控制排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.042

0 引言

近年來，為防治大氣污染、改善環(huán)境質(zhì)量、進(jìn)一步降低污染源的排放強(qiáng)度，環(huán)保部門對(duì)大氣污染物排放限值的要求日益增高。2014年新出臺(tái)的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中，將NOx的排放要求從之前的400 mg/m3調(diào)整為200 mg/m3，并加大了對(duì)火電廠NOx超標(biāo)排放的考核力度。這使我廠環(huán)保參數(shù)面臨著更加嚴(yán)峻的形勢(shì)，因此， 如何控制循環(huán)流化床（CFB）鍋爐啟動(dòng)過程中排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

1 背景簡(jiǎn)介

1.1 鍋爐概況

京泰公司為2×1089t/h 循環(huán)流化床、亞臨界參數(shù)，一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，脫銷采用選擇性非催化還原法（SNCR）技術(shù)，在溫度達(dá)到800℃～1200℃的環(huán)境煙氣中加入含氮反應(yīng)劑，會(huì)將NOx還原成水和氮?dú)猓瑳]有其他新的污染物產(chǎn)生。SNCR脫硝工藝在實(shí)驗(yàn)室里NOx脫出率高達(dá)90%；而在生產(chǎn)中的大型鍋爐上，短期生產(chǎn)運(yùn)行能達(dá)到75%的脫出率；長(zhǎng)期生產(chǎn)過程中一般能達(dá)到25%～40%。

1.2 脫銷系統(tǒng)投入規(guī)定

鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物中N0占有90%以上，二氧化氮占5%一10%，一般分為如下三種：熱力型：燃燒時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生，隨著反應(yīng)溫度T的升高，其反應(yīng)速率按指數(shù)規(guī)律，當(dāng)T<1500℃時(shí)，NO的生成量很少，而T>1500℃時(shí)，T每增加100℃，反應(yīng)速率增大6～7倍；瞬時(shí)型：燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基可以和空氣中氮?dú)夥磻?yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快的速度生成，其形成時(shí)間只需要60s，所生成的與爐膛壓力0.5次方成正比；燃料型：由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成，由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃時(shí)就會(huì)生成燃料型，它在煤粉燃燒產(chǎn)物中占60～80%，由于煤的燃燒過程由揮發(fā)份燃燒和焦炭燃燒兩個(gè)階段組成，故燃料型的形成也由氣相氮的氧化（揮發(fā)份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。

2 流化床鍋爐啟動(dòng)過程中影響NOx生成因素分析

2.1 床溫的影響

爐膛設(shè)計(jì)溫度的選取需要綜合考慮傳熱和燃燒效率的要求，循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)中床溫加熱分為兩個(gè)階段，第一階段用油槍加熱至400℃，第二階段400℃以后投煤，加熱至正常運(yùn)行溫度900℃，隨著運(yùn)行床溫的提高，NOx 排放量升高。從NOx的生成機(jī)理看，床溫升高將大大促進(jìn)熱力型NOx 的生成。同時(shí)，燃料型NOx 的生成速度也加劇，而在高溫下，會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)：NOx→N2 + O。隨著運(yùn)行溫度的提高，NO 的排放升高，而NOx的排放將下降。這就意味著，通過降低床溫來控制NO 排放會(huì)導(dǎo)致排放升高。另一方面，運(yùn)行床溫的控制還受負(fù)荷及燃燒效率的制約，床溫過低CO濃度很高，這盡管有利于NO 的還原，卻帶來了化學(xué)不完全損失。循環(huán)流化床啟動(dòng)中經(jīng)常出現(xiàn)床溫突生現(xiàn)象，在啟動(dòng)中，由于床料中含碳量超標(biāo)，當(dāng)床溫達(dá)到煤的著火溫度后，床料中的炭迅速燃燒著火，發(fā)生床溫突升。

2.2 過量空氣系數(shù)的影響

過?？諝庀禂?shù)很小或很大時(shí)，CO濃度都將升高，而CO會(huì)促進(jìn)還原和分解。溫度和床料、過量空氣系數(shù)是影響 CFB 鍋爐中NOx 生成的最主要因素。通過調(diào)整CFB鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)， 改變以上各因素，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐啟動(dòng)中NOx 排放的控制。

3 降低鍋爐啟動(dòng)中NOx排放的技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化床料質(zhì)量

啟動(dòng)床料準(zhǔn)備工作，先準(zhǔn)備100噸臨爐底渣上至爐前料倉(cāng)，然后將停爐過程排至渣倉(cāng)的回料灰和爐內(nèi)細(xì)床料準(zhǔn)備80噸上至爐前料倉(cāng)，通過優(yōu)化床料，使床料中粗細(xì)顆粒粒徑均勻，有效的降低了床料的粗顆粒對(duì)傳熱的影響，同時(shí)將低渣含碳量控制在規(guī)定范圍內(nèi)，避免床溫突升，將床溫升控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2 合理控制鍋爐點(diǎn)火后升溫率

保證床壓不低于6KPa， 3小時(shí)床溫滿足投煤條件。鍋爐連續(xù)投煤后及時(shí)投入床料給料機(jī)運(yùn)行，控制床料量不低于20t/h，盡快提升鍋爐床壓，確保汽機(jī)定速后床壓達(dá)8.5KPa。機(jī)組并網(wǎng)前停止床料給料機(jī)運(yùn)行，將相應(yīng)給煤機(jī)切回正常給煤方式。

3.3 盡量保持合理的過量空氣系數(shù)

機(jī)組并網(wǎng)后盡快投入8臺(tái)給煤機(jī)進(jìn)行均勻給煤，認(rèn)真組織燃燒，在機(jī)組并網(wǎng)后30分鐘內(nèi)控制鍋爐煙氣含氧量達(dá)8%以下。在煙氣NOx未得到有效控制前，保持一次風(fēng)量在25萬m3/h左右；保持爐膛上層二次風(fēng)門開度在15%左右，采取開大下層二次風(fēng)門開度控制合適床溫，增加二次風(fēng)量給入。

3.4 保證脫銷系統(tǒng)的正常投入與運(yùn)行

鍋爐投煤穩(wěn)定后檢查確認(rèn)爐區(qū)脫硝系統(tǒng)處于良好備用狀態(tài)，啟動(dòng)一臺(tái)脫硝稀釋水泵運(yùn)行，調(diào)節(jié)稀釋水壓力不低于0.9MPa，備用泵投入聯(lián)鎖；就地開啟脫硝尿素溶液總門，系統(tǒng)備用。汽輪機(jī)定速后并網(wǎng)前投入爐區(qū)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)投入1/2/3區(qū)脫硝噴槍，保持尿素溶液調(diào)門開度不低于10%，稀釋溶液濃度在5-10%之間，就地檢查確認(rèn)各噴槍流量、壓力正常，無系統(tǒng)跑、漏溶液現(xiàn)象。

機(jī)組并網(wǎng)后燃燒加強(qiáng)的同時(shí)逐漸開大尿素溶液調(diào)門，增加尿素溶液的噴入量，控制煙氣NOx在要求范圍。

4 總結(jié)

根據(jù) CFB 鍋爐啟動(dòng)中 NOx生成規(guī)律，結(jié)合試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從床溫控制、床料配比和過量空氣系數(shù)調(diào)整等角度，通過調(diào)整CFB鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)， 較好的實(shí)現(xiàn)了鍋爐啟動(dòng)過程中NOx 排放的控制。

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