循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)測試與研究

李永明

(泉州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院慈山分院，福建 安溪 362411)

1 引言

我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中煤炭比例多在67%及以上，煤炭是我國能源的主體。由于循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐的燃燒方式為懸浮燃燒，爐膛燃燒溫度較高，一般在850℃以上，燃煤顆粒含氮產(chǎn)物在燃燒過程中可以部分轉(zhuǎn)化為NOx。因此，其較手燒、鏈條燃煤工業(yè)鍋爐的NOx的排放量要高[1-3]。要從氮氧化物形成的機理上抑制氮氧化物的產(chǎn)生量，應(yīng)當(dāng)盡可能降低煙氣在高溫燃燒區(qū)域的停留時間，同時降低鼓風(fēng)機送入爐膛參與燃燒的空氣量，從而使NOx的排放量降低。此類方法在實踐中被證明是有效的，并受到使用單位的歡迎[4-6]。但是燃煤顆粒在爐膛停留的時間減少和接近貧氧狀態(tài)的燃燒可能會帶來燃燒不完全、煙塵含碳量增加、熱效率降低等問題。文中試圖跟蹤一臺循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐技改運行實例，研究上述因素的相互影響關(guān)系，采用回收排放的廢氣作為一次風(fēng)與新鮮風(fēng)混合送入爐膛再次燃燒的技改方法，使?fàn)t膛中的氧量由富氧狀態(tài)接近貧氧狀態(tài)，從而降低NOx的排放濃度和排放量。文中通過對鍋爐技改前后NOx的排放量、熱效率等進行檢測，為低氮燃燒技術(shù)在工業(yè)鍋爐應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

2 具體實驗

監(jiān)測現(xiàn)場的循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐型號為SHF15-2.5/400-M，位于漳州龍海市紫泥鎮(zhèn)安山工業(yè)區(qū)，鍋爐煙氣經(jīng)布袋除塵器、堿噴淋洗氣塔等環(huán)保處理設(shè)施凈化后，排往總煙風(fēng)道，通過一根高50米的煙囪向大氣排放。同時，選擇在其環(huán)保處理設(shè)施后一段平直煙風(fēng)道處設(shè)一監(jiān)測平臺，并設(shè)監(jiān)測采樣點。

2.1 NOx排放量的檢測

2.1.1 檢測儀器及其檢測方法

根據(jù)環(huán)保處理設(shè)施堿噴淋洗氣塔的現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境，煙氣采樣使用嶗應(yīng)3080Z型煙氣預(yù)處理器、嶗應(yīng)3012H自動煙塵（氣）測試儀完成。煙氣測試儀校正用標(biāo)準(zhǔn)氣體NO：濃度67mg/m3；標(biāo)準(zhǔn)氣體N2、O2：濃度21.0%。儀器設(shè)備均經(jīng)福建省計量科學(xué)研究院檢定或校準(zhǔn)合格。

采用的檢測方法主要有：《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》《固定污染源排氣中顆粒物的測定與氣態(tài)污染物采樣方法》《固定污染源監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范》《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[7-10]。

2.1.2 監(jiān)測采樣頻次和樣本數(shù)量說明

氧量、NOX氣態(tài)污染物：在技改前后對同樣的生產(chǎn)負荷分別監(jiān)測1天，每天在監(jiān)測采樣斷面采集煙氣參數(shù)16次，根據(jù)煙氣流速變化采用跟蹤采樣模式，每次采樣時間約2-3分鐘，在O2、NOX濃度基本穩(wěn)定后積分平均，每次共采集樣本共計16個。

2.1.3 技改前后的NOx的檢測結(jié)果

循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐技改前后NOx的監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表2 鍋爐技改后NOx的監(jiān)測結(jié)果

2.1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)2011年中國合格評定國家認可委員會發(fā)布的CNAS-CL07：2011《測量不確定度的要求》及JJF 1059-2012《測量不確定度評定與表示》，測量不確定度評定的計算，見公式（1）。鍋爐技改前后NOx質(zhì)量濃度測定值，其每一個值要求有95%的概率落在置信半?yún)^(qū)間限值內(nèi)。

式中：

經(jīng)式（1）計算可得技改前NOx實測濃度為 263±8mg/m3，排放濃度為 325±11mg/m3；技改后NOx實測濃度為263±9mg/m3，排放濃度為213±7mg/m3。

2.2 鍋爐熱效率的檢測

2.2.1 檢測儀器及其檢測方法

根據(jù)工業(yè)鍋爐熱效率詳細測試的要求，煤樣分析、煙氣參數(shù)、蒸汽流量等數(shù)據(jù)采集分析使用嶗應(yīng)3012H自動煙塵（氣）測試儀、梅特勒ME204E電子天平、電導(dǎo)率儀DDS-307A、紅外測溫儀AR320、碳氫元素分析儀TQ-3A、便攜式超聲流量計IRD-2000H等儀器完成。煙氣測試儀校正用標(biāo)準(zhǔn)氣體CO：濃度80ppm；標(biāo)準(zhǔn)氣體N2、O2：濃度21.0%，標(biāo)準(zhǔn)煤樣2.57MJ/kg。儀器設(shè)備均經(jīng)福建省計量科學(xué)研究院檢定或校準(zhǔn)合格。

采用的檢測方法主要有：TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測試與評價規(guī)則》、GB/T10180-2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》、TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》[12-14]。

2.2.2 檢測現(xiàn)場及頻次說明

依據(jù)GB/T10180-2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》的要求布置測點，排煙溫度、煙氣分析用自動煙塵（氣）測試儀在空預(yù)器排煙出口處測量，原煤樣在現(xiàn)場煤倉處采取，采用電子地磅秤取入爐煤的重量；飛灰樣用自動煙塵（氣）測試儀在空預(yù)器排煙出口處測量，渣樣取于鍋爐底部出渣口，采用電子地磅稱量，用就地壓力表測得蒸汽壓力、給水壓力，用接觸式溫度計測得給水溫度和空預(yù)器進口空氣溫度，用電導(dǎo)率儀測得飽和蒸汽濕度，用流量計測得鍋爐給水流量。

鍋爐熱工況穩(wěn)定1小時后，進行預(yù)備性試驗，檢查鍋爐和輔機的運行情況和試驗的準(zhǔn)備工作。待調(diào)整到試驗工況1小時后開始進行正式試驗。試驗開始到試驗結(jié)束給煤量、燃燒工況、給水量、給水溫度、溫度、壓力等參數(shù)保持穩(wěn)定。

技改前后各進行一次鍋爐熱效率詳細測試。

2.2.3 技改前后的鍋爐熱效率詳細測試結(jié)果

鍋爐技改前鍋爐熱效率為89.31%，技改后鍋爐熱效率為87.88%。

3 結(jié)論

文中研究采用回收排放的廢氣作為一次風(fēng)與新鮮風(fēng)混合送入爐膛再次燃燒，爐膛燃燒狀態(tài)由富氧狀態(tài)轉(zhuǎn)為接近貧氧狀態(tài)，從而降低NOx的排放濃度和排放量的技改途徑。通過對循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐技改前后NOx的排放量數(shù)據(jù)進行比對發(fā)現(xiàn)，在相同生產(chǎn)負荷、爐膛溫度穩(wěn)定的狀況下NOx實測濃度變化不大，排放濃度降低了34.46%，環(huán)境效益明顯，但同時飛灰含碳量增加，鍋爐熱效率下降1.43%。兩相比較經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，損失較少的鍋爐熱效率獲得良好的環(huán)境效益，此類技改途徑無疑會受到使用單位歡迎。