大型褐煤循環流化床鍋爐氧化亞氮排放特性

邱亞林

(云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

大型褐煤循環流化床鍋爐氧化亞氮排放特性

邱亞林

(云南電網公司電力研究院，昆明 650217)

針對褐煤循環流化床開展氧化亞氮排放特性的研究，掌握不同參數對氧化亞氮排放的影響，從而提出降低氧化亞氮排放濃度的方法。

循環流化床鍋爐；氧化亞氮；溫室氣體；排放特性

1 循環流化床鍋爐排放特性

流化床燃燒是一種先進的燃煤技術，可降低NOx的排放，實現煤的高效、潔凈利用。由于流化床的燃燒溫度較低 (800℃～950℃)，其N2O的排放量遠高于傳統粉煤燃燒鍋爐中N2O的排放濃度。N2O強烈吸收紅外幅射而造成溫室效應，并能破壞臭氧層。N2O是同摩爾CO2造成溫室效應的200多倍。其在大氣中的濃度正以每年0.2%～0.4%的速度增加。在保證循環流化床清潔燃燒特性的基礎上，盡量減少其溫室氣體的排放是一個重要的研究方向。

2 測試方案

為了測量氧化亞氮，試驗中采用了2030型MultiGas傅立葉變換紅外氣體分析儀，該分析儀可分析含水量高達30%的氣流，能同時分析從ppb量級到百分量級的多達30種氣體組分。其工作原理為：氣體進入檢測池后，其組分吸收紅外線。吸收光譜強度和頻帶分布與原子的化學鍵及化學鍵強度相關。每一種紅外吸收氣體的吸收光譜是獨一無二的 (具有特征性)。MultiGas測量吸收光譜，采用預裝的處理程序進行算法處理，求得各種氣體的相應濃度。MS2000軟件可以容許儀器連續測量、顯示、記錄氣樣的測試結果。

氧化亞氮煙氣測量點安裝在引風機出口處，采用伴熱管將煙氣引入傅立葉分析儀和ABB煙氣分析儀 (主要測量氧量)，在300 MW褐煤循環流化床鍋爐機組上進行相關測試工作。

3 試驗結果及分析

3.1 氧量對氧化亞氮排放影響

針對電廠主要的燃煤，進行了循環流化床燃燒試驗。當爐膛氧量從1.12%增加到2.84%時，燃煤燃燒時產生的N2O也增加，在氧量較低時，氧量對N2O的影響比較高時對N2O的影響大，這是因為當過量空氣系數較低時，由于不完全燃燒，有CO存在，而CO在有金屬氧化物存在時對N2O有分解作用，另外，煙氣中的H，OH和O自由基也對N2O有分解作用，因此，氧量越大，H、O和OH自由基的濃度越低，N2O的生成量越大。

圖1 氧量對氧化亞氮排放的影響

圖1 中爐膛氧量從1.12%上升至2.84%時，氧化亞氮排放濃度也隨著氧量的升高而升高，從8.79 ppm 上升至 15.64 ppm，上升幅度為77.93%。

3.2 床溫對氧化亞氮排放影響

溫度是影響N2O生成的主要因素，溫度升高時N2O降低，是因為NCO(生成N2O的中間產物)被其他并不生成N2O的競爭反應奪走了，所以高溫下N2O生成量小。高溫下NO是HCN氧化的主要產物。所以隨著溫度的升高，NO增加而N2O減少。H和0H對N2O的分解和消減具有重要的作用。

圖2 床溫對氧化亞氮排放的影響

從圖2可以看出，隨著床溫從771.97℃上升至813.99℃過程中，氧化亞氮排放濃度逐漸減小，從29.11 ppm降低至18.58 ppm，降低幅度36.17%。此外從自脫硫 (無石灰石投入)條件下隨著床溫的升高氧化亞氮排放濃度也逐漸降低，具體見圖3。

3.3 床壓對氧化亞氮排放影響

床壓的大小直接反映了爐膛內物料的多少(或物料濃度)，理論上分析床壓增大時，整個爐膛內的物料濃度增加，由于褐煤屬于高揮發份煤種，床壓的增大使得原煤在整個爐膛高度上的分布向上偏移，即爐膛上部的原煤濃度增加，導致氧化亞氮的增加，從理論上分析，降低氮氧化物應將燃燒區域集中在爐膛密相區，減少氧化亞氮的外漏，同時利用密相區的高溫降低氧化亞氮的生成量。

圖3 自脫硫條件下床溫對氧化亞氮排放的影響

圖4 爐膛密相區床壓對氧化亞氮排放的影響

從圖4可以看出，隨著床壓從5.48 kPa上升至7.05 kPa過程中，氧化亞氮從12.98 ppm上升至17.77 ppm，上升幅度36.90%。

3.4 二次風配風對氧化亞氮排放影響

二次風配風方式 (內外二次風質量流量比)從原理上來講主要是影響了爐膛密相區內的氧環境濃度，通過調整二次風的穿透能力，人為形成氧化區和還原區，圖5上可看出上下二次風均等配風方式下氧化亞氮排放濃度最高，而形成上下二次風偏差越大氧化亞氮濃度越低，因此在不影響燃燒的情況下可適當加大內外二次風的偏差。

圖5 二次風配風方式對氧化亞氮排放的影響

4 氧化亞氮減排試驗

根據對氧化亞氮排放規律的研究，通過優化組合，對氧化亞氮排放進行了優化，在減少氧化亞氮方面，降低運行氧量，提高燃燒溫度 (增加爐膛密相區床溫)，減小床壓，并盡可能減小內外二次風比例。

試驗中為了保證二氧化硫的排放濃度不升高，在進行優化的過程中沒有進行深度優化，僅僅綜合對各參數進行整合。

氮氧化物NO及NO2的排放規律與N2O存在一定的異同，在進行降低氧化亞氮的同時應減少其他氮氧化物的排放，因此根據前期的研究結果進行了氮氧化物綜合減排的試驗研究。

5 結束語

優化前后在不增加二氧化硫排放濃度的條件下，氧化亞氮從原來的 33.39 mg/m3下降至20.18 mg/m3，減排幅度為39.56%。在正常運行條件下，通過適當的調節手段能有效降低氧化亞氮的排放濃度，根據云南省內6臺大型循環流化床機組，按年利用5 000 h計算，每年可減排氧化亞氮396.3 t，相當于減排二氧化碳11.81萬噸。

氧化亞氮在減排機理中需要進行二氧化硫及氮氧化物的綜合減排考慮，而氧化亞氮的減排中存在二氧化硫脫除、氮氧化物脫除等減排，使得最終的優化變得更加復雜，需要進一步的研究，以便全盤優化組合，達到節能減排效果。

[1] 曾東，鄭守忠，蔡崧.流化床煤燃燒中氧化亞氮生成機理研究 [J]，熱力發電，2000(1)：17-19.

[2] 任維，呂俊復，張建勝等.焦炭流化床燃燒條件下氧化亞氮生成過程的實驗研究 [J].熱能動力工程，2005，20 (1)：18-21.

[3] 李三軍.鍋爐效率實時計算的困難及解決方法 [J]，青海電力，2008，27(4)：49-51.

Research of Nitrous Oxide Emission Characteristics on Lignite Circulating Fluidized Bed

QIU Yalin
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

The research of nitrous oxide emission characteristics on lignite circulating fluidized bed was carried out，the Various parameters effect about the nitrous oxide emissions was studied.Thus the way of reduce nitrous oxide emission concentration was sought.

Circulating fluidized bed boiler(CFBB)；Nitrous oxide(N2O)；Greenhouse gases；Emission characteristics

TK22

B

1006-7345(2014)05-0100-03

2014-08-24

邱亞林 (1980)，高級工程師，云南電網公司電力研究院，主要從事動力工程方面工作 (e-mail)charlin＠stu.xjtu.edu.cn。