循環流化床鍋爐NOx超低排放改造

張俊 楊巨生

摘 要：在環保壓力日益增大的今天，火電廠污染物排放成為環保部門重點監測的對象。環保排放指標日趨嚴格，相應的新環保工藝，減少污染物排放的先進技術在今天尤其重要。循環流化床鍋爐作為燃料適應性廣，節能，環保的新型燃燒設備被廣泛應用。本文介紹了循環流化床鍋爐的低氮燃燒技術改造，從燃燒技術角度根本上減少NOx的產生，從而達到降低污染物排放的目的。

關鍵詞：還原性氣氛；分離器；煙氣再循環

在化石能源的利用中，礦物燃料的燃燒排放出大量污染物。我國每年排入大氣中的87%的SO2，68%的NOx和60%的粉塵均來自于煤的直接燃燒。因此，文明用能、合理用能，發展高效、低污染的清潔煤燃燒技術，降低NOx和SO2的排放量是當前亟待解決的問題。循環流化床鍋爐是最近20年里發展起來的一種新型燃燒技術，其主要特點是燃料及脫硫劑經多次循環、反復進行低溫燃燒和脫硫反應，爐內湍流運動強烈。它不但能達到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。

目前循環流化床技術經過幾十年的發展，在燃燒控制，爐內脫硫，低氮燃燒技術上有了很大的改進。

一、燃煤鍋爐NOx的產生機理

煤燃燒過程中產生的NOx主要是NO和二氧化氮，這兩者統稱為NOx，此外還有少量的氧化二氮。

在煤燃燒過程中NOx的生成量和排放量與煤的燃燒方式有關，特別是燃燒溫度和空氣過量系數等燃燒條件關系密切，在煤燃燒過程中，生成的NOx途徑有：

（1）熱力型NOx，它是空氣中氮氣在高溫下氧化而成的，溫度足夠高時，可占20%。

（2）燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而成的。在燃燒過程中，一部分含氮的有機化合物揮發并受熱裂解生成N、CN、HCN和NHi等中間產物，隨后再氧化生成NOx，另一部分焦炭中的剩余氮在焦炭燃燒過程中被氧化成NOx，因此燃料型NOx又分為揮發分NOx和焦炭NOx。

實驗表明，在通常的燃燒條件下，燃煤鍋爐中大約只有20%-25%的燃料氮轉化為NOx，而且受燃燒過程空氣量影響很大，常用過量空氣系數來表示，燃燒過程空氣量的多少，一般定義在化學當量比下的過量空氣系數為1，大于1表示空氣過量，小于1表示空氣量不足，當過量空氣系數為0.7時，燃料型NOx的生成量接近于零，然后隨過量空氣系數的增加而增加。同時進一步研究表明，焦炭氮向NOx的轉化率很低，大多數燃料型NOx屬于揮發分NOx，以上知識對研究和開發燃料型NOx有重要幫助。

（3）快速型，它是燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成的NOx，在循環流化床鍋爐中，一方面，氮在燃燒過程中被不斷氧化生成NOx，另一方面在還原性氣氛中NOx也會被不斷還原生成N2，因此，影響氧化、還原反應的所有因素都將影響到NOx的濃度。

二、低氮燃燒改造方案

（一）提高二次風噴口，降低密相區氧氣含量

在密相區位置，燃料顆粒進入爐膛后開始升溫著火。將二次風噴口位置提高，可以降低密相區含氧量，同時減少一次風的比例，使密相區處于還原性氣氛。過量空氣系數降低，可以有效抑制NOx的產生。未完全燃燒的燃料經運動至稀相區后，二次風補充所需氧量，繼續燃燒，該位置溫度降低，NOx的產生條件也受到限制。

（二）提高分離器效率

實驗表明，循環流化床鍋爐燃料粒徑對NOx的產生也有較大的影響。細顆粒可以加強爐膛內的傳熱，使爐膛內燃燒熱量分配更趨合理，保證爐膛溫度場分配均勻，避免密相區出現局部超溫。物料越細，燃燒速率越高，氧氣加速消耗，利于一氧化碳的生成，碳粒表面還原性氣氛增強，抑制NOx的生成。細顆粒表面積增大，焦炭對NOx的還原能力增強。

因此，通過對循環流化床鍋爐分離進行改造，相應提高其分離效率，返料量增加，物料中較細顆粒比例增加，循環灰的濃度同時也增加，可以有效的控制NOx的產生。

（三）煙氣再循環技術

將引風機出口煙氣通過風機引至爐膛密相區，由于該部位煙氣含氧量較低，且經過電除塵除塵，粉塵濃度較低。進入爐膛后可以降低含氧濃度，抑制NOx的產生。同時也可以補充因降低一次風量，對流換熱區域因煙氣量少對流換熱減弱的問題。

同時再循環煙氣進入鍋爐燃燒密相區，增強了對燃燒顆粒的擾動，有助于一次燃燒的快速反應。

但煙氣進入爐膛時的壓力、流速及風量需根據鍋爐燃燒工況進行合理設計，以適應不同負荷，不同工況下的煙氣量。設計中需對再循環風機準確選型，再循環煙道裝設調節擋板，用于調節再循環煙氣量。

通過以上改造方法，可以有效降低NOx的排放量，同時再結合尾部脫硝技術，即可達到現行國家要求的超低排放標準。通過改造可以有效減少尾部脫硝裝置脫硝劑的使用，降低環保運行成本。

三、結論

綜上所論述的幾種方法，在實踐應用中其效果也已得到了驗證，氮氧化物減排效果明顯。在環保壓力日益加大的今天，為適應環保政策，企業必將投入更多的資本提高治污能力，減少污染物排放。否則將承擔高額的環保處罰。

對于循環流化床鍋爐，通過對鍋爐本身的改造，實現氮氧化物的超低排放，不單可以滿足環保指標。同時對鍋爐本身改造的費用遠小于尾氣治理設施的投資費用，為企業減少負擔。另外，從源頭治理污染，相對于尾氣治理方案，減少了治理過程中各類材料、消耗品的投入，可以減少大量的運行成本。同時可以提高鍋爐燃燒效率，提高經濟性，降低鍋爐運行成本。

因此，鍋爐氮氧化物超低排放改造技術是針對循環流化床鍋爐特有的技術優勢，同時也是切實可行有效的環保改造方案。

參考文獻：

[1]李靈靈.循環流化床鍋爐低氮燃燒研究與應用[J].科技創新導報，2014，11（9）：11.

[2]黑君.循環流化床鍋爐低氮燃燒改造[J].科技創新與應用，2016（34）.

[3]潘少冰，李桂瓊.“低氮燃燒技術+SNCR”在循環流化床燃煤鍋爐上的應用[J].廣東化工，2016， 43（02）：88.

*通訊作者：楊巨生。