運(yùn)行調(diào)整對(duì)循環(huán)流化床鍋爐NOx排放影響分析

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(1.吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130022；

2.中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京 100098)

0 引言

循環(huán)流化床(CFB)燃燒是一種高效低污染的潔凈煤燃燒技術(shù)， 它具有爐內(nèi)高效脫氮和低氮燃燒特性[1-4]。同時(shí)，CFB鍋爐床內(nèi)氣固混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好，可使用劣質(zhì)燃料，燃燒效率高，燃料損失小，能量利用率高。由于CFB 具有上述特點(diǎn)，CFB 煤燃燒技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)較有前景的技術(shù)[2]，與粉煤爐相比燃燒溫度較低，燃燒排放的氮氧化物主要來(lái)自燃料中含有的氮[3]，熱力型N 和快速型N 生成量幾乎為零，總NOx排放濃度通常在300 mg/Nm3以?xún)?nèi)。

為探明CFB 煤燃燒過(guò)程中的氮氧化物排放行為，本文研究了CFB 鍋爐燃燒溫度、過(guò)剩空氣系數(shù)、空氣分級(jí)、Ca/S等因素對(duì)氮氧化物排放行為的影響，為指導(dǎo)鍋爐低NOx排放運(yùn)行提供參考。

1 鍋爐介紹

鍋爐與300 MW等級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)組相匹配，鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式，循環(huán)物料的分離采用高溫絕熱旋風(fēng)分離器。鍋爐采用全緊身封閉布置。鍋爐主要由單爐膛、4個(gè)高溫絕熱分離器、4個(gè)回料閥、尾部對(duì)流煙道、6臺(tái)滾筒冷渣器和1個(gè)管式空氣預(yù)熱器等部分組成。

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 運(yùn)行調(diào)整對(duì)NOx排放影響試驗(yàn)

為便于比較，將NOx濃度折算為NO2，且氧量折算至6%考慮。

2.1 燃燒溫度對(duì)NOx排放影響

通常情況下，CFB鍋爐的燃燒溫度在850～890 ℃，燃燒溫度對(duì)CFB鍋爐NOx排放濃度影響明顯。

圖1示出了密相區(qū)燃燒溫度變化對(duì)NOx排放濃度的影響(排煙氧量均為2.5)。

圖1 密相區(qū)燃燒溫度對(duì)NOx排放影響曲線

由圖1可以看出，隨鍋爐密相區(qū)燃燒溫度的上升，NOx排放濃度呈顯著上升趨勢(shì)。且隨溫度上升，NOx的增長(zhǎng)速率逐漸增加。

在840 ℃左右的密相區(qū)燃燒溫度，NOx排放濃度約為140 mg/Nm3,但當(dāng)溫度上升至960 ℃時(shí)，NOx排放濃度增加接近1倍，達(dá)到280 mg/Nm3。

2.2 過(guò)剩空氣系數(shù)對(duì)NOx排放影響

圖2示出了床溫變化對(duì)NOx排放濃度的影響(排煙氧量均為2.5)。

圖2 過(guò)剩空氣系數(shù)對(duì)NOx排放影響曲線

由圖2可以看出，在兩種密相區(qū)燃燒溫度下，隨排煙氧量的增加，NOx排放濃度呈顯著上升趨勢(shì)。但在正常運(yùn)行氧量范圍內(nèi)，排煙氧量對(duì)NOx排放濃度的影響小于床溫的影響。

2.3 一次風(fēng)率對(duì)NOx排放影響

循環(huán)流化床鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)一次風(fēng)量要求較高，需保證一次風(fēng)量在臨界流化風(fēng)量的1.5倍以上。本鍋爐臨界流化風(fēng)量約為18萬(wàn)Nm3/h，為了保證爐膛正常流化，通常運(yùn)行一次風(fēng)量在32萬(wàn)Nm3/h以上，此時(shí)，約占總風(fēng)量的0.37(一次風(fēng)率)。

圖3示出了一次風(fēng)率對(duì)NOx排放影響。

圖3 一次風(fēng)率對(duì)NOx排放影響曲線

由圖3可以看出，隨著一次風(fēng)率的增加，NOx排放濃度呈顯著上升趨勢(shì)，但影響相對(duì)有限。同時(shí)，隨著一次風(fēng)率的增加，NOx排放濃度增加趨勢(shì)逐漸減弱。

2.4 上二次風(fēng)率對(duì)NOx排放影響

空氣分級(jí)燃燒對(duì)降低NOx的排放濃度具有一定影響，通過(guò)空氣分級(jí)可降低密相區(qū)燃燒溫度(爐膛高溫區(qū)溫度)，而且促使密相區(qū)處于欠氧燃燒過(guò)程，降低NOx排放濃度。

圖4示出了上二次風(fēng)率(上二次風(fēng)與總二次風(fēng)之比)對(duì)NOx排放影響。

圖4 上二次風(fēng)率對(duì)NOx排放影響曲線

由圖4可以看出，隨著上二次風(fēng)率的增加，NOx排放濃度呈下降趨勢(shì)，在上二次風(fēng)率由0.3增加到0.7時(shí)，NOx排放濃度約下降30 mg /Nm3。

2.5 Ca/S對(duì)NOx排放影響

CFB鍋爐多采用爐內(nèi)加入石灰石進(jìn)行脫硫，通常按Ca/S在2.5左右設(shè)計(jì)。但實(shí)際運(yùn)行情況表明：大部分CFB鍋爐Ca/S大于2.5，這與石灰石性能、石灰石粒度、輸送系統(tǒng)準(zhǔn)確性等有關(guān)。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)多的石灰石進(jìn)入爐膛煅燒生成的CaO具有催化NOx生成的作用。

圖5示出了Ca/S對(duì)NOx排放影響。

圖5 Ca/S對(duì)NOx排放影響曲線

由圖5可以看出，隨Ca/S的增加，NOx排放濃度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)Ca/S由2.5增加到4.0時(shí)，NOx的排放濃度約增加35 mg /Nm3。

3 結(jié) 論

循環(huán)流化床鍋爐因較低的燃燒溫度，其N(xiāo)Ox排放濃度相對(duì)較低，通常在300 mg/Nm3以?xún)?nèi)；

床溫、排放氧量對(duì)NOx排放濃度影響較為明顯，尤以床溫對(duì)NOx排放濃度影響最為顯著；

一次風(fēng)率、Ca/S也會(huì)對(duì)NOx排放濃度有一定影響，且均隨上述參數(shù)的增加呈增加趨勢(shì)；

隨二次風(fēng)率的增加，NOx的排放濃度呈下降趨勢(shì)。

[1] 彭嵐，程永新，李友榮.CFB鍋爐NOx的生成機(jī)理與計(jì)算[J].浙江電力,2007(4):19-22.

[2] 韓冰源，金 鑫，彭 帥，等.基于發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的變組分富氧進(jìn)氣監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)[J].森林工程，2013，29(4)：100-102.

[3] Li Y H, Lu G Q, Rudolph V. The Kinetic of NO and N2OReduction Over Coal Chars in Fluidised-Bed Combustion.Chemical Engineering Science, 1998, 53(1): 1-26.

[4] Tullin Claes J. Goel Shakti, Morihara Atsushi, et al.Nitrogen Oxide (NO and N2O) Formation for CoalCombustion in a Fluidized Bed: Effect of CarbonConversion and Bed Temperature. Energy & Fuels, 1993,7(6): 796-802.