循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒技術(shù)分析及應(yīng)用

郝正明

（太原鋼鐵集團(tuán)公司礦業(yè)分公司峨口鐵礦，山西 忻州 034207）

通過對(duì)氮氧化物的產(chǎn)生條件分析發(fā)現(xiàn)，氮氧化物產(chǎn)生的主要原因是根據(jù)燃燒地方溫度的過高過低所決定的或者是跟據(jù)空氣量所決定的。因此，想要控制環(huán)境的污染就要控制燃燒區(qū)空氣質(zhì)量以及燃燒的溫度，用這種方式來達(dá)到減少氮氧化物的產(chǎn)生以及排放。目前采用的低氮燃燒技術(shù)就是將多種技術(shù)進(jìn)行融合，主要就是利用燃燒過程中產(chǎn)生的氮基中的中間產(chǎn)物來來減少產(chǎn)生氮氧化物。在進(jìn)行減少空氣污染過程中的這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)就是在降低氮氧化物產(chǎn)生的過程同時(shí)又不能使空氣中灰塵的含碳量超標(biāo)。

1 循環(huán)流化床氮氧化物產(chǎn)生的原理

煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，這些都統(tǒng)一稱為氮氧化物。燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要分為三種類型：熱力氮氧化物；燃燒氮氧化物以及在火焰邊緣形成的氮氧化物，但是在火焰邊緣形成的氮氧化物一般含量都較少，只有在燃燒有關(guān)化合物時(shí)才將其放入其中進(jìn)行考慮。循環(huán)流化床鍋爐燃燒時(shí)主要產(chǎn)生燃燒型氮氧化物，其產(chǎn)量占氮氧化物產(chǎn)生總量的96%左右，通過實(shí)驗(yàn)表明，燃料燃燒中發(fā)揮出的氣體大多數(shù)都是二氧化氮、一氧化氮等氮氧化物。從二氧化氮的用途上來看，其轉(zhuǎn)化效率受溫度、壓強(qiáng)以及空氣的質(zhì)量數(shù)等多種因素的影響，通常情況下氮氧化物的轉(zhuǎn)化率一般在25%～45%左右并且轉(zhuǎn)化率與溫度的大小成正比，當(dāng)溫度越高時(shí)其轉(zhuǎn)化率也越高。所以將溫度控制在一定的范圍內(nèi)時(shí)一氧化氮能夠通過多種反應(yīng)生成，但是在溫度較低的情況下一氧化氮的利用率并不完全。甚至在溫度較高時(shí)，大部分的氮將會(huì)揮發(fā)出去，由于多種反應(yīng)機(jī)理的限制，使得溫度過高時(shí)轉(zhuǎn)化率卻降低了，起了相反的作用[1]。

低氮燃燒技術(shù)就是通過控制燃燒區(qū)域的溫度和空氣量，以達(dá)到阻止NOx生成及降低其排放濃度的目的。同時(shí)，要求使鍋爐燃燒穩(wěn)定，渣、飛回含碳量不能超標(biāo)。無論對(duì)于SNCRSCR脫硝工藝，先采用大膽燃燒技術(shù)，都可節(jié)約投資和運(yùn)行成本。

2 脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的困擾

2.1 運(yùn)行效率低

脫硝系統(tǒng)在工業(yè)的生產(chǎn)中起著重要的作用，有利于減少空氣的污染以及氮氧化物的排放，然而脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行過程中卻存在效率較低，消耗時(shí)間長(zhǎng)等問題，正是由于消化系統(tǒng)在運(yùn)行中效率的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到設(shè)計(jì)的效率，特別的是在鍋爐低電荷的運(yùn)行中脫硫效率更低，因此在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要采取相關(guān)措施來提高脫硝系統(tǒng)的效率[2]。

2.2 運(yùn)行過程消耗量大

氨水在運(yùn)行過程中是消費(fèi)最多的，用量最大的一種產(chǎn)品，氨水的費(fèi)用也相對(duì)較高。脫硝系統(tǒng)中使用的氨水是濃度為20%左右的工業(yè)使用氨水，工業(yè)氨水與工藝水利用輸送管道輸送稀釋模塊進(jìn)行稀釋處理到6%左右后進(jìn)行脫硝處理，然而，在運(yùn)行過程中卻經(jīng)常因?yàn)閴毫Σ惶幵跇?biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，從而造成了氨水的大量浪費(fèi)使得運(yùn)行的成本增高，同時(shí)造成了資金的浪費(fèi)。

2.3 對(duì)溫度反應(yīng)過于敏感

由于在反應(yīng)的過程中，脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行過程中對(duì)煙氣溫度反應(yīng)過于敏感，這就使得溫度必須控制在一定的范圍內(nèi)正確并且嚴(yán)格的進(jìn)行遵循，通過精準(zhǔn)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)最佳的溫度是在845℃左右，在這個(gè)溫度條件下氮的轉(zhuǎn)化率最高，脫硫運(yùn)行的效率也較高。

2.4 循環(huán)倍率的影響

通過對(duì)前文進(jìn)行分析可知，循環(huán)流化床氮氧化物的含量高低與溫度、壓強(qiáng)、空氣系數(shù)都有密切的聯(lián)系，其實(shí)循環(huán)速率對(duì)氮氧化物的生成量也有一定的影響，當(dāng)循環(huán)速率高時(shí)其排放量較大，只有將循環(huán)率控制在一定的范圍內(nèi)才能使氮氧化物含量得到控制，避免了資源的浪費(fèi)以及燃料的燃燒不充分現(xiàn)象的發(fā)生。

3 降低氮氧化物含量的具體措施

3.1 提高分離器的效率

相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到了燃料的主要來源，在脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，其使用的原料需要與設(shè)計(jì)使用的原料是一樣的。否則的話，就會(huì)極大地降低鍋爐的使用效率以及使用時(shí)間。由此可以看出采用改變?nèi)剂系姆绞饺ソ档偷趸锏呐欧藕彤a(chǎn)生是不現(xiàn)實(shí)的，在這種情況下，我們就需要采取一種新的方式去降低氮氧化物的含量，比如說提高旋風(fēng)分離器的效率。這種方式改變了分離器切向進(jìn)風(fēng)口的速率，同時(shí)也改變了中心筒插入的深度，這些措施的改進(jìn)都極大地降低了氮氧化物的排放量以及提高了脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效力。

3.2 提高脫硝系統(tǒng)運(yùn)行效率

如果將脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率提高上來那么將極大地提高了氮氧化物的排放量，在進(jìn)行脫硫系統(tǒng)的提高過程中，可以采取具體的技術(shù)措施，比如說增強(qiáng)脫硝噴槍的霧化效果、對(duì)空氣的壓強(qiáng)大小進(jìn)行調(diào)整、對(duì)噴射系統(tǒng)進(jìn)行改造、改變噴槍的噴射位置等。

3.3 增設(shè)飛灰再循環(huán)系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)總述：從除塵器灰斗取適量的飛灰送到爐膛前墻中下部。一方面可以降低床溫，改善爐膛內(nèi)部的溫度場(chǎng)，降低NOx的生成量；另一方面可還以提高鍋爐的帶負(fù)荷能力，提高飛灰的燃盡率，提高鍋爐效率。

（2）設(shè)備配置。系統(tǒng)配一套輸送設(shè)備將除塵器灰斗內(nèi)的飛灰送至爐前灰倉(cāng)，再由爐前灰倉(cāng)通過給料設(shè)備送入爐膛內(nèi)。飛灰流程：除塵器灰斗----手動(dòng)檢修閥門----伸縮節(jié)----氣動(dòng)進(jìn)料閥----倉(cāng)泵----爐前灰倉(cāng)----手動(dòng)檢修閥門----變頻電動(dòng)給料機(jī)----伸縮節(jié)----輸送管道----飛灰噴口----爐膛。

變頻電動(dòng)給料機(jī)：是輸送系統(tǒng)中主要的部件，用于均勻而連續(xù)的向輸料管內(nèi)供料。給料機(jī)葉片用耐磨材料，以提高使用壽命和更換方便。輸送飛灰的管道采用普通無縫鋼管，彎頭采用內(nèi)襯陶瓷的耐磨彎頭。爐前增設(shè)灰倉(cāng)，灰頂頂部設(shè)計(jì)有倉(cāng)頂布袋除塵器、壓力真空釋放閥、耐磨進(jìn)料裝置、高低射頻導(dǎo)納料位計(jì)。

圖1 變頻電動(dòng)給料機(jī)

圖2 電動(dòng)循環(huán)給料機(jī)構(gòu)組

3.4 增設(shè)煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

煙氣再循環(huán)技術(shù)就是利用尾部煙氣具有低O2的特點(diǎn)，促進(jìn)密相區(qū)物料的還原性初始燃燒，可有效降低床溫。與二次風(fēng)分級(jí)相結(jié)合的煙氣再循環(huán)，可有效實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)物料的流態(tài)化合力構(gòu)建，達(dá)到深度還原降氮的目的。

自鍋爐引風(fēng)機(jī)出口煙道取風(fēng)，通過一根管道將適量的煙氣送至一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口，一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口安裝均風(fēng)裝置，達(dá)到良好的取風(fēng)和混合效果。管道上安裝一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)門，接至上位機(jī)可進(jìn)行遠(yuǎn)方控制調(diào)節(jié)。

3.5 改善空氣系數(shù)

空氣系數(shù)對(duì)氮的轉(zhuǎn)化率也有較大的影響，減少一次風(fēng)量，使密相區(qū)形成還原性氣氛，減少N0x生成，同時(shí)，增大二次風(fēng)率，增強(qiáng)二次風(fēng)的擾動(dòng)，降低飛回含碳量；增加三次風(fēng)，進(jìn)一步有利于燃盡還原性氣氛中飛出的固定碳?？梢跃唧w采用選用較好的布風(fēng)板、改變風(fēng)板的布置布局、改變風(fēng)的流速、改變風(fēng)入口的位置、調(diào)整噴嘴的角度、根據(jù)情況對(duì)鍋爐的截面進(jìn)行改變等措施，倘若這些措施能夠順利實(shí)行改善了空氣的質(zhì)量就會(huì)降低循環(huán)硫化床鍋爐氮氧化合物的含量。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，空氣污染也成為了一個(gè)值得關(guān)注的問題，特別的是氮氧化物的排量在空氣污染中占據(jù)了主要因素。因此，這就需要加強(qiáng)對(duì)氮氧化物的管理，傳統(tǒng)的工藝方法對(duì)氮氧化物的管理不能起到特別有效的作用，這就需要我們加以創(chuàng)新。同時(shí)，國(guó)家也采取了相關(guān)措施建立了較為具有整體性的脫硝系統(tǒng)，循環(huán)流化床作為一種較為有效且廣泛的燃燒技術(shù)，在大部分企業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。然而，國(guó)家頒布了相關(guān)法律降低大氣污染的排放量，這就更進(jìn)一步的對(duì)如何降低空氣中氮氧化物的含量提出了更高的要求。