CFB鍋爐的低氮燃燒技術(shù)改造研究

洪衛(wèi)林

摘 要：隨著國家環(huán)保建設(shè)力度的不斷加大，對氮氧化物的排放要求也越來越嚴(yán)格。雖然CFB鍋爐具有低氮燃燒的特性，但是在實施污染物超低排放的今天，仍需要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，以實現(xiàn)更好的環(huán)保目標(biāo)。本文基于CFB鍋爐中氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理。介紹了CFB鍋爐的低氮燃燒技術(shù)改造方案，從而達(dá)到降低氮氧化物排放量的目的。

關(guān)鍵詞：CFB鍋爐;低氮燃燒;產(chǎn)生機(jī)理;技術(shù)改造

CFB鍋爐是我國近20年發(fā)展應(yīng)用的一種新型燃燒技術(shù)，其在燃燒過程中可以多次低溫燃燒并循環(huán)使用脫硫劑進(jìn)行脫硫反應(yīng)，最終脫硫效率可達(dá)到90%左右，燃燒效率也可以接近于傳統(tǒng)的煤粉爐。隨著環(huán)保形勢越來越嚴(yán)峻，CFB鍋爐的氮氧化物化物排放量自2004年7月初開始執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011），即氮氧化物化物排放量<200mg·m-3。雖然CFB鍋爐在低氮燃燒方面已經(jīng)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)煤粉鍋爐，但是與國家標(biāo)準(zhǔn)仍然有一定的差距。因此，如何在發(fā)揮CFB鍋爐自身優(yōu)勢的同時完成低氮燃燒改造是目前企業(yè)的重要工作之一。

一、燃煤鍋爐氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理

鍋爐內(nèi)煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要是指一氧化氮和二氧化氮，還會有少量的氧化二氮。燃煤鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物分為三種：一是空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸纬傻臒崃π偷趸?，一般占氮氧化物總量?0%左右;二是燃煤中氮化物受熱分解的N、HCN和CN等中間產(chǎn)物繼續(xù)氧化生成的氮氧化物以及剩余的氮在焦炭燃燒中氧化形成的氮氧化物，這類氮氧化物成為燃料型氮氧化物;三是燃煤燃燒過程中空氣中的氮與煤中的CH離子團(tuán)發(fā)生反應(yīng)生成的氮氧化物。[1]

CFB鍋爐中，氮元素在氧化氣氛中不斷被氧化生成氮氧化物，在還原性氣氛中氮氧化物也會不斷被還原為氮?dú)?。所以，所有影響氧化還原反應(yīng)的因素都會影響到CFB鍋爐中氮氧化物的濃度，其中最主要的有以下四個方面：

（一）過量空氣系數(shù)

熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成可以通過限制鍋爐內(nèi)的氧濃度進(jìn)行一定程度的控制，具體限制方法是采用一次風(fēng)與二次風(fēng)分級配風(fēng)，隨著一次風(fēng)風(fēng)量的逐漸減少，二次風(fēng)在一定距離送入鍋爐，在風(fēng)量分配達(dá)到一定數(shù)值的情況下，氮氧化物的排放量達(dá)到最低。這種方法可以是CFB鍋爐內(nèi)氮氧化物的排放量降低15%～20%，但是鍋爐內(nèi)一氧化碳濃度會有所增加，燃料燃燒效率下降。[3]

（二）燃料特性

CFB鍋爐內(nèi)，在通常的燃煤燃燒溫度下，生成的燃料型氮氧化物中60%～80%來自燃煤中氮有機(jī)物受熱分解揮發(fā)出的揮發(fā)份N，20%～40%來自殘留在焦炭中的氮化合物發(fā)生氧化反應(yīng)二而生成的。

（三）燃燒溫度

通過降低CFB鍋爐內(nèi)的燃燒溫度可以明顯降低氮氧化物的排放量。但是需要注意的是，鍋爐內(nèi)溫度降低會導(dǎo)致爐內(nèi)一氧化碳和氧化二氮的排放量增加。

（四）CFB鍋爐中脫硫劑的使用

脫硫劑的使用主要是為了降低燃燒過程中二氧化硫的排放量，但是其中包含的CaO與CaS等催化劑對鍋爐內(nèi)的氮氧化物排放也會產(chǎn)生很大的影響。

二、CFB鍋爐的低氮燃燒技術(shù)方案

（一）改造二次風(fēng)噴口

CFB鍋爐燃燒生成的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物，但是如果爐內(nèi)氧氣含量不均衡，就會導(dǎo)致爐內(nèi)局部氧氣濃度偏高，增加熱力型氮氧化物的生成。可以通過改造二次風(fēng)噴口，控制鍋爐內(nèi)的空氣均勻分級燃燒，消除爐內(nèi)燃燒的高溫峰值的同時也可以很好的解決爐內(nèi)中心區(qū)域燃燒缺氧的問題。提高二次風(fēng)噴口的高度，降低富氧區(qū)的氧氣密度，降低一次風(fēng)的配風(fēng)比例，創(chuàng)造爐內(nèi)最佳的氧化還原反應(yīng)氣氛，在碳?xì)涞拇呋饔孟麓龠M(jìn)燃料中含硫物質(zhì)分解并與煙氣中的CaO反應(yīng)生成固態(tài)的CaS，提高CFB鍋爐的脫硫效率。同時，提高二次風(fēng)噴口高度后，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)降低，也有效降低了氮氧化物的生成。[2]

（二）應(yīng)用煙氣再循環(huán)技術(shù)

煙氣再循環(huán)技術(shù)主要是指將從引風(fēng)機(jī)引出的煙氣在出口處通過風(fēng)機(jī)再次引入鍋爐的爐膛密相區(qū)，其技術(shù)核心就是利用循環(huán)利用的煙氣中氧氣濃度低，可以有效抑制爐內(nèi)燃燒過程中氮氧化物的生成。[3]一次風(fēng)的配風(fēng)量降低會使得對流換熱區(qū)的熱交換減弱，循環(huán)使用的煙氣可以很好的解決這個問題，同時，循環(huán)回密相區(qū)的煙氣與二次配風(fēng)結(jié)合，可以合理的構(gòu)建鍋爐內(nèi)燃燒物料的流態(tài)化，增加對燃燒顆粒的擾動，發(fā)生深度還原反應(yīng)，降低氮氧化物的產(chǎn)生。

煙氣再循環(huán)技術(shù)中，要嚴(yán)格準(zhǔn)確的選擇再循環(huán)分級的型號和再循環(huán)煙道的調(diào)節(jié)擋板，根據(jù)CFB鍋爐的燃燒運(yùn)行情況合理設(shè)計不同負(fù)荷情況下再循環(huán)的煙氣進(jìn)入爐膛內(nèi)的壓力、流量、速度等指標(biāo)。通煙氣再循環(huán)技術(shù)的合理應(yīng)用，同時結(jié)合CFB鍋爐的尾部脫硝技術(shù)，可以有效降低氮氧化物的產(chǎn)生和脫硝劑的使用量，具有良好的綠色環(huán)保效果。

（三）提高分離器效率

通過提高CFB鍋爐分離器的分離效率，增加鍋爐返料量，可以明顯增加燃料中細(xì)顆粒的比例。CFB鍋爐中燃料粒徑在氮氧化物的產(chǎn)生方面有很大的影響：首先，粒徑越小的燃料顆粒燃燒速度越快，氧氣消耗的速度也就越快，爐內(nèi)一氧化碳快速生成進(jìn)而加強(qiáng)還原性氣氛，抑制了鍋爐內(nèi)氮氧化物的生成。其次，粒徑小的燃燒顆粒表面積大，爐內(nèi)熱傳導(dǎo)增強(qiáng)，溫度與熱量分配更加均勻合理，避免了因局部高溫而產(chǎn)生熱力型氮氧化物的可能。[2]綜上所述，提高CFB鍋爐的分離器效率，可以平衡爐內(nèi)溫度，促進(jìn)焦炭的生成，加強(qiáng)對氮氧化物的還原，有效抑制氮氧化物的生成。

三、結(jié)語

隨著人類社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)保形勢也逐漸嚴(yán)峻起來，氮氧化物的排放逐漸引起了人們的重視，企業(yè)必須重視提高環(huán)保意識，增強(qiáng)自身治污能力。雖然CFB鍋爐已經(jīng)具有低氮燃燒技術(shù)，但其在新的國家標(biāo)準(zhǔn)下仍然需要進(jìn)一步優(yōu)化改造，本文在CFB鍋爐特有的技術(shù)優(yōu)勢基礎(chǔ)上所論述的幾種方法，均已實踐中取得了明顯的效果，對CFB鍋爐的低氮燃燒改造具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]周洋，李曈，郭思鵬，張政.循環(huán)流化床鍋爐低NOX燃燒環(huán)保改造[J].環(huán)境工程學(xué)報，2018，12（11）：3281-3288.

[2]張俊，楊巨生.循環(huán)流化床鍋爐NOX超低排放改造[J].科技風(fēng)，2018（01）：144.

[3]牛保軍.循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物超低排放技術(shù)探討[A].中國節(jié)能協(xié)會熱電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、西安熱工研究院有限公司.2016火電廠污染物凈化與節(jié)能技術(shù)研討會論文集[C].中國節(jié)能協(xié)會熱電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、

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