300MW循環流化床鍋爐NOx控制分析

洪喜彬

摘要： 本文從300MW循環流化床鍋爐燃燒控制和煙氣排放現狀出發，對300MW循環流化床鍋爐NOx排放超標的原因、現狀進行深入分析，探討了控制NOx達標排放的措施，從而為300MW循環流化床鍋爐的安全運行、環保達標排放控制提供參考和積累經驗。

Abstract： From the status of burning control and flue gas emissions of 300MW circulating fluidized bed boiler， this paper deeply analyses the causes and status of NOx exceeded emissions of 300MW circulating fluidized bed boiler， and discusses control measures of NOx emissions standard， thus providing reference and accumulating experience for the safe operation and environmental standard emissions control of 300MW circulating fluidized bed boiler.

關鍵詞： 300MW循環流化床；氮氧化物；控制措施

Key words： 300MW circulating fluidized bed；nitrogen oxides；control measures

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）29-0048-02

0 引言

氮氧化物（NOx）是大氣主要污染物之一，對生態系統的危害受全球范圍內的廣泛重視。循環流化床鍋爐是新型高效、低污染的清潔燃燒技術，其不但能達到低NOx排放、90%的脫硫效率和與煤粉爐相近的燃燒效率，而且具有燃料適應性廣、負荷調節性能好、灰渣易于綜合利用等優點，因此，在國際上得到了迅速的商業推廣，國內對大型循環化床鍋爐的研究亦不斷深入。云浮C廠兩臺機組均為上海電氣集團具有自主知識產權的300MW循環流化床機組；兩臺鍋爐均配置一套獨立的濕法脫硫裝置，同時預留脫硝安裝位。由于沒有配套脫硝裝置，導致NOx排放經常超標，本文從300MW循環流化床鍋爐燃燒控制和煙氣排放現狀出發，對300MW循環流化床鍋爐NOx排放超標的原因、現狀進行深入分析，探討了控制NOx達標排放的措施，從而為300MW循環流化床鍋爐的安全運行、環保達標排放控制提供參考和積累經驗。

1 NOx的排放現狀

1.1 NOx的生成機理 在火電廠燃料過程中NOx不可避免會生成。其生成機理主要分為三種：熱力型、瞬時型、燃料型。

①熱力型：熱力型的NOx生成主要是因為鍋爐爐膛中溫度過高，導致空氣中的氮氣與氧氣反應生成。當燃燒區域的溫度低于1000K時，NO的生成量很小，隨著溫度的升高，NOx的生成速度按指數規律增加。一般熱力型NOx生成量約占總生成量的20%左右。

②瞬時型：瞬時型的NOx生成一般認為是氮與碳氫離子團在氧濃度較低的情況下發生反應生成的。瞬時型NOx在一般情況下生成量很少，僅約占總生成量的5%左右。

③燃料型：燃料型的NOx生成主要是由于煤中一般含有0.5%-2%的氮，在燃燒時，燃料中的氮會與氧氣發生氧化反應生成NOx。燃料型生成量往往很大，約占總生成量的75%-80%左右。

1.2 300MW循環流化床鍋爐NOx排放現狀 云浮C廠兩臺機組均為上海電氣集團具有自主知識產權的300MW循環流化床機組；分別于2010年7月和8月投入商業運行。兩臺鍋爐均配置一套獨立的濕法脫硫裝置，同時預留脫硝安裝位。由于沒有配套脫硝裝置，導致NOx排放經常超標。我們從鍋爐尾部煙氣監測裝置取得統計數據。通過抽取NOx排放監測數據分析，結合小指標考核數據對比，每天超標時間大于18小時。

1.3 循環流化床鍋爐NOx生成特性 燃料在燃燒過程中一部分氮化合物中的氮被氧化生成燃料型NOx。這是鍋爐排放的NOx的主要部分，約占總排放的90%。在高溫情況下（1100℃）一部分空氣中的氮被氧化生成熱力型NOx。然而，由于循環流化床鍋爐的低溫燃燒特性，床溫一般情況下約為870℃。在循環流化床鍋爐中產生的熱力型NOx常少。在循環流化床鍋爐的下爐膛中的尚未燃燒的碳和一氧化碳會將NOx還原為氮氣。此外，循環流化床鍋爐采用分級燃燒方法也有效地降低了NOx的生成。

2 控制措施和效果

通過分析，總結云浮C廠300MW循環流化床鍋爐NOx排放超標主要有以下兩點原因：

2.1 配風不合理，風量過大。特別是二次風量常保持在大區間運行，氧量在4.1-4.7%。

2.2 床面床料過粗。現場抽樣發現床料粒徑≥8mm的占據30-48%，且不均勻，粒度過粗，導致床溫高和一次風量過大。

結合循環流化床鍋爐的特點，實行NOx排放的三個控制措施，實際應用效果明顯。

①進行燃燒配風優化，降低二次風量，降低總氧量，控制NOx生成；進行二次風量配風試驗，并制作典型工況操作卡指導操作。

通過配風優化，對應負荷床溫環比下降5-11℃；一、二次風機電流降低，氧量降低至2.5%左右，廠用電率下降；以一點為例，優化工況風機總電流較調整前分別降低12.4A，43.1A，10.7A；有效地促進了NOx生成的下降。

②從控制床層顆粒度入手，在入爐煤中摻入常規爐渣和高灰分煙煤，以改善爐內床料的均勻性。通過摻燒常規爐渣，進行床料置換，在維持原床溫不變的基礎上，有效減少一、二次風量，達到降低煙囪NOx排放的目的；風機電耗同步降低，并改善爐管磨損。在床壓和床溫穩定的情況下，適當摻燒部分高灰分煙煤，以進行床層顆粒置換和控制，特別是蓄高床壓后進行排渣置換，將大顆粒床料通過冷渣系統排出，提高床溫控制的有效性。endprint

③加強入爐煤粒度控制，確保入爐煤顆粒度符合要求，控制床層溫度水平，減少NOx生成。主要有兩個控制措施：1）縮小部分床料篩網網眼尺寸，減小大顆粒比例。2）加強采樣監測，從單一的篩分采樣，增加添加采樣、爐內采樣，并形成實時報表。

通過對入爐煤粒徑的嚴格控制，使床溫進一步得到下降，為進一步降NOx爭取空間。

通過以上措施的有效實施，爐內床層顆粒度均勻性得到了明顯改善，同時床溫也得到了有效的下降。#5、6鍋爐NOx排放值由控制前的220-310mg/Nm3下降至70-165 mg/Nm3，符合國家規定的<200mg/Nm3的排放標準，為300MW循環流化床鍋爐NOx排放控制緩解壓力和積累經驗。

3 結束語

①研究表明，結合300MW循環流化床鍋爐的燃燒特性，通過燃燒優化調整，能夠減少NOx的生成，降低NOx排放濃度；②為了降低NOx的排放水平，床溫應控制在（850-900）℃，并采用分級送風，可以有效降低NOx濃度；③隨著氧量增加，N0x排放濃度提高；對燃用煙煤的云浮C廠300MW循環流化床鍋爐，氧量控制在小于2-3.5%的水平是比較理想的運行工況，既有利于NOx排放濃度的降低，也有利于鍋爐效率的提高；④通過入爐煤顆粒度、床料顆粒度的嚴格控制，可以有效地保證床層顆粒粒徑的均勻性；既有利于進一步控制床溫，也有利于NOx濃度的控制；⑤通過適當的摻燒，可以更好地提高300MW循環流化床鍋爐床溫、床層顆粒度的可控性和可調節性，提高循環流化床鍋爐的調節性能。

參考文獻：

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