淺析300MW CFB鍋爐啟動過程中氮氧化物排放濃度超標原因及對策

劉斌+鄭秀平

摘 要：本文通過對 NOx 生成機理，結合已有實驗數據與運行經驗，分析了CFB 鍋爐啟動過程中燃燒對 NOx 排放的影響因素，提出了降低CFB 鍋爐啟動過程中 NOx 排放超限的措施，有效解決了CFB 鍋爐啟動過程中氮氧化物（NOx）排放容易超限的問題。

關鍵詞：循環流化床；啟動；氮氧化物；控制排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.042

0 引言

近年來，為防治大氣污染、改善環境質量、進一步降低污染源的排放強度，環保部門對大氣污染物排放限值的要求日益增高。2014年新出臺的《火電廠大氣污染物排放標準》中，將NOx的排放要求從之前的400 mg/m3調整為200 mg/m3，并加大了對火電廠NOx超標排放的考核力度。這使我廠環保參數面臨著更加嚴峻的形勢，因此， 如何控制循環流化床（CFB）鍋爐啟動過程中排放達到標準要求具有迫切的現實意義。

1 背景簡介

1.1 鍋爐概況

京泰公司為2×1089t/h 循環流化床、亞臨界參數，一次中間再熱自然循環汽包爐，脫銷采用選擇性非催化還原法（SNCR）技術，在溫度達到800℃～1200℃的環境煙氣中加入含氮反應劑，會將NOx還原成水和氮氣，沒有其他新的污染物產生。SNCR脫硝工藝在實驗室里NOx脫出率高達90%；而在生產中的大型鍋爐上，短期生產運行能達到75%的脫出率；長期生產過程中一般能達到25%～40%。

1.2 脫銷系統投入規定

鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化物中N0占有90%以上，二氧化氮占5%一10%，一般分為如下三種：熱力型：燃燒時，空氣中氮在高溫下氧化產生，隨著反應溫度T的升高，其反應速率按指數規律，當T<1500℃時，NO的生成量很少，而T>1500℃時，T每增加100℃，反應速率增大6～7倍；瞬時型：燃料揮發物中碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基可以和空氣中氮氣反應生成HCN和N，再進一步與氧氣作用以極快的速度生成，其形成時間只需要60s，所生成的與爐膛壓力0.5次方成正比；燃料型：由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成，由于燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃時就會生成燃料型，它在煤粉燃燒產物中占60～80%，由于煤的燃燒過程由揮發份燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型的形成也由氣相氮的氧化（揮發份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。

2 流化床鍋爐啟動過程中影響NOx生成因素分析

2.1 床溫的影響

爐膛設計溫度的選取需要綜合考慮傳熱和燃燒效率的要求，循環流化床鍋爐啟動中床溫加熱分為兩個階段，第一階段用油槍加熱至400℃，第二階段400℃以后投煤，加熱至正常運行溫度900℃，隨著運行床溫的提高，NOx 排放量升高。從NOx的生成機理看，床溫升高將大大促進熱力型NOx 的生成。同時，燃料型NOx 的生成速度也加劇，而在高溫下，會發生分解反應：NOx→N2 + O。隨著運行溫度的提高，NO 的排放升高，而NOx的排放將下降。這就意味著，通過降低床溫來控制NO 排放會導致排放升高。另一方面，運行床溫的控制還受負荷及燃燒效率的制約，床溫過低CO濃度很高，這盡管有利于NO 的還原，卻帶來了化學不完全損失。循環流化床啟動中經常出現床溫突生現象，在啟動中，由于床料中含碳量超標，當床溫達到煤的著火溫度后，床料中的炭迅速燃燒著火，發生床溫突升。

2.2 過量空氣系數的影響

過剩空氣系數很小或很大時，CO濃度都將升高，而CO會促進還原和分解。溫度和床料、過量空氣系數是影響 CFB 鍋爐中NOx 生成的最主要因素。通過調整CFB鍋爐的運行狀態， 改變以上各因素，就可以實現對鍋爐啟動中NOx 排放的控制。

3 降低鍋爐啟動中NOx排放的技術措施

3.1 優化床料質量

啟動床料準備工作，先準備100噸臨爐底渣上至爐前料倉，然后將停爐過程排至渣倉的回料灰和爐內細床料準備80噸上至爐前料倉，通過優化床料，使床料中粗細顆粒粒徑均勻，有效的降低了床料的粗顆粒對傳熱的影響，同時將低渣含碳量控制在規定范圍內，避免床溫突升，將床溫升控制在規定范圍內。

3.2 合理控制鍋爐點火后升溫率

保證床壓不低于6KPa， 3小時床溫滿足投煤條件。鍋爐連續投煤后及時投入床料給料機運行，控制床料量不低于20t/h，盡快提升鍋爐床壓，確保汽機定速后床壓達8.5KPa。機組并網前停止床料給料機運行，將相應給煤機切回正常給煤方式。

3.3 盡量保持合理的過量空氣系數

機組并網后盡快投入8臺給煤機進行均勻給煤，認真組織燃燒，在機組并網后30分鐘內控制鍋爐煙氣含氧量達8%以下。在煙氣NOx未得到有效控制前，保持一次風量在25萬m3/h左右；保持爐膛上層二次風門開度在15%左右，采取開大下層二次風門開度控制合適床溫，增加二次風量給入。

3.4 保證脫銷系統的正常投入與運行

鍋爐投煤穩定后檢查確認爐區脫硝系統處于良好備用狀態，啟動一臺脫硝稀釋水泵運行，調節稀釋水壓力不低于0.9MPa，備用泵投入聯鎖；就地開啟脫硝尿素溶液總門，系統備用。汽輪機定速后并網前投入爐區脫硝系統運行，同時投入1/2/3區脫硝噴槍，保持尿素溶液調門開度不低于10%，稀釋溶液濃度在5-10%之間，就地檢查確認各噴槍流量、壓力正常，無系統跑、漏溶液現象。

機組并網后燃燒加強的同時逐漸開大尿素溶液調門，增加尿素溶液的噴入量，控制煙氣NOx在要求范圍。

4 總結

根據 CFB 鍋爐啟動中 NOx生成規律，結合試驗運行數據，從床溫控制、床料配比和過量空氣系數調整等角度，通過調整CFB鍋爐的運行狀態， 較好的實現了鍋爐啟動過程中NOx 排放的控制。

參考文獻：

[1]盧嘯風.大型循環流化床鍋爐設備與運行[M].北京：中國電力出版社，2006：172.

[2]東方鍋爐廠300MW循環流化床鍋爐技術協議[S].

[3]張華軍.循環流化床鍋爐床溫控制優化分析[J].工業設計， 2016（01）.endprint