低氮燃燒技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的運(yùn)用

張勝林

太原鍋爐集團(tuán)有限公司 山西太原 030000

1 循環(huán)流化床鍋爐工作原理

鍋爐爐膛下設(shè)置兩相流化床，兩相流化床固相顆粒濃度較高。在正常運(yùn)行過程中，鍋爐內(nèi)的床層物料在濃相區(qū)沸騰后，被提出來的較小顆粒會(huì)隨著煙氣移動(dòng)到爐出口的高溫分離器中。從氣體中分離出來，分離出來的更小的顆粒再回到爐子里，氣體漂移到鍋爐的尾部。較小的顆粒通過高溫分離器分離，整個(gè)循環(huán)形成一個(gè)閉環(huán)。

2 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)特點(diǎn)

2.1 可燃燒的燃料選擇范圍廣泛

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)具有非常顯著的優(yōu)勢。它用于燃燒的燃料樣品選擇非常廣泛，對(duì)燃料的適用性非常高。在該技術(shù)中，燃料只占床料的一小部分，其余為不能燃燒反應(yīng)的固體材料。這些物質(zhì)保證床溫度的穩(wěn)定性，減少不必要的消耗的熱量，燃燒，這樣可以更快地到達(dá)燃點(diǎn)，并通過燃燒釋放的能量的燃燒反應(yīng)可以使床溫度相對(duì)穩(wěn)定的價(jià)值，進(jìn)而擴(kuò)大燃料的選擇[1]。

2.2 燃燒的運(yùn)行效益高

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率非常高。它可以提高燃燒過程的速率，實(shí)現(xiàn)粉煤灰的回收利用等，使煤炭燃燒效率顯著提高。在回收粉煤灰的過程中，未能及時(shí)在燃料中進(jìn)行脫硫反應(yīng)的物質(zhì)被再次送回床層，減少了燃料反應(yīng)過程中的浪費(fèi)。

3 在循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)的意義

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源和環(huán)境的壓力逐漸增大。因此，中國提出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，我們還必須注意環(huán)境的保護(hù)，為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新要求工業(yè)企業(yè)污染物排放要求嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并繼續(xù)研究新型燃燒技術(shù)從根本上減少污染物的產(chǎn)生。在研究過程中，通過實(shí)驗(yàn)得出氮氧化物是工業(yè)排放污染物的主要物質(zhì)之一，必須采取措施減少氮氧化物的排放，才能有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排的目標(biāo)。循環(huán)流化床是一種高效、潔凈的燃燒技術(shù)。已廣泛應(yīng)用于多家發(fā)電企業(yè)，并采用SNCR脫硝系統(tǒng)與低氮燃燒技術(shù)相結(jié)合，有效地達(dá)到了減少污染物排放的目的。

4 低氮燃燒技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用

機(jī)組擁有兩臺(tái)75t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，為生產(chǎn)部門提供穩(wěn)定可靠的動(dòng)力和蒸汽供應(yīng)。為達(dá)到《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，2015年鍋爐大修期間進(jìn)行了脫硝改造。它采用了低氮燃燒技術(shù)和SNCR的結(jié)合。鍋爐采用石灰石添加到爐和鈣注射去硫（由于大量的使用有一定的影響的形成和排放氮氧化物），氮氧化物排放濃度可高達(dá)280毫克/ Nm3以上如果不采取措施來控制負(fù)載和層的溫度[2]。

4.1 低氮燃燒改造技術(shù)

低氮燃燒改造技術(shù)具體來說，就是在保證鍋爐燃燒安全的前提下，采取以下措施來減少氮氧化物的生成：

（1）減少燃料燃燒過程中空氣的過量值，燃料的燃燒需要一定量的空氣，在保證燃料能夠完全燃燒發(fā)揮熱能的同時(shí)，來減少通入空氣的過量值，這樣可以達(dá)到減少與燃料中氮元素反應(yīng)的氧氣的量，從而達(dá)到降低氮氧化物的生成。然而，如果通入的空氣量過小有不足以使燃料完全燃燒的需要。

（2）分階段分量通入空氣，由于局部的氧氣濃度過高和局部的高溫都會(huì)增加燃燒中氮氧化物的生成。因此，可以采取分階段分量的方式來通入空氣。例如，在燃料預(yù)燃的階段，可以先通入少量的空氣，讓燃料在燃燒初期燃料的濃度過高來降低氮氧化物的生成，同時(shí)這樣可以降低因燃料燃燒過快而產(chǎn)生的局部高溫；在燃料要燃盡的階段，可以將之前計(jì)算好的剩余空氣通入，這樣可以與前期沒有完全燃燒的燃料進(jìn)行完全的燃燒反應(yīng)，這樣既可以解決前期未完全燃燒的熱能損耗問題，又可以降低整個(gè)燃燒過程中氮氧化物的生成，這樣既保證了煙氣排放的環(huán)保要求又可以提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4.2 低氮燃燒改造工藝

（1）控制燃煤顆粒度。影響氮氧化物生成量以及循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行效率的原因主要是由于不合理的燃燒、不科學(xué)的二次風(fēng)分配以及爐膛溫度過高等因素造成的，導(dǎo)致鍋爐排放的NOX含量過多。因此可以對(duì)低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行技改，首先控制入口的燃煤粒度，為了降低鍋爐的一次風(fēng)使用量需要保證10mm以內(nèi)的燃煤粒度進(jìn)入鍋爐[3]。

（2）科學(xué)、合理的分級(jí)二次風(fēng)。在合理控制燃煤顆粒度后要合理的分級(jí)二次風(fēng)，可以對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，拆除原有的分級(jí)配風(fēng)裝置，改變二次風(fēng)噴嘴的大小及位置，以便于可以根據(jù)鍋爐的燃燒情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次風(fēng)的科學(xué)分配。合理的分級(jí)二次風(fēng)是控制NOX 生成的有效途徑之一。

（3）改造流化床。傳統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐在一次風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上普遍系數(shù)過大，不能減少氮氧化物的產(chǎn)生，因此需要對(duì)流化床進(jìn)行改造，提高自身布風(fēng)的均勻性，并有效的控制一次風(fēng)的空氣系數(shù)降低流化床的床溫來減少氮氧化物的生成。技術(shù)人員可以利用布風(fēng)板，并應(yīng)用迷宮式的風(fēng)帽有效的發(fā)揮布風(fēng)板的作用，保證布風(fēng)板具有較高的均勻性可以減少床壓波動(dòng)的頻率與次數(shù)進(jìn)而減低燃料層的溫度。

4.3 運(yùn)行結(jié)果反饋

鍋爐改造完畢，投入運(yùn)行后，檢測到煙氣中NOx的初始排放濃度降到100mg/Nm3以下，脫硝效率達(dá)到60%以上，改造非常成功。再通過SNCR脫硝裝置（脫硝效率50%-60%）進(jìn)行脫硝后可以保證鍋爐出口NOx排放濃度＜50mg/Nm3。

5 結(jié)語

總而言之，循環(huán)流化床鍋爐采用低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造技術(shù)優(yōu)勢明顯，是切實(shí)可行的也是非常有效的。低氮燃燒改造后不需要運(yùn)行成本，與SNCR需要持續(xù)噴氨水（氨逃逸會(huì)造成尾部受熱面的腐蝕）及SCR需要定期更換催化劑相比，通過此技術(shù)降低NOx的排放，可大大減少運(yùn)行成本還可以有效消除對(duì)尾部受熱面的腐蝕，可為用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。