循環流化床鍋爐低氮燃燒改造及運行優化

方幸平 趙杰

摘要：隨著空氣速度的進一步增加，床內有氣泡。氣泡的形成和固體顆粒的床層表現出沸騰液體的特性，在這一階段，床層被稱為“鼓泡流化床”。由于較高的速度，氣泡形成和消失很快，導致顆粒從流化床中吹出，一些顆粒必須重新循環以保持穩定的系統，稱為“循環流化床”。流化床技術有鼓泡流化床、循環流化床和加壓流化床技術，加壓流化床正處于發展階段，世界范圍內循環流化床的應用日益增多。鑒于此，文章結合筆者二十幾年的從業經驗，對循環流化床鍋爐低氮燃燒改造及運行優化提出了一些建議，僅供參考。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;低氮燃燒改造;運行優化措施

引言

循環流化床鍋爐技術是在鼓泡床鍋爐的基礎上發展出來的較為先進的技術，在這之前，舊鍋爐的改造和新鍋爐的研發為此提供了數據和豐富的經驗。此次超低排放改造不但有效降低了我公司1#、2#CFB鍋爐多污染物的排放濃度，使得NOx、SO2和煙塵排放可以滿足國家超低排放標準，而且增加了鍋爐效率。

1、鍋爐基本特性

1#、2#鍋爐型號為：NG-90/9.8-M，高溫高壓，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環，全懸吊結構，全鋼架π型布置。爐膛采用膜式水冷壁，兩個蝸殼式絕熱旋風分離器，在爐膛內布置三片屏式過熱器受熱面。兩側旋風分離器入口水平煙道分別布置3支脫硝噴槍及分離器頂部1支脫硝噴槍，噴入適量的氨水來去除煙氣中的NOX，脫硝后的煙氣依次經過尾部豎井煙道布置的兩級四組對流過熱器、過熱器下方布置的二組光管省煤器及一、二次風空氣預熱器，由尾部煙道進入布袋除塵器、半干法脫硫經除塵后進入引風機，后經煙囪排出。

2、循環流化床鍋爐低氮燃燒改造

根據當時環保指標控制設計，氮氧化物原始濃度300mg/m3左右，無法滿足日益嚴峻的環保要求，必須要對其進行爐內低氮改造。鍋爐目前運行的現狀：（1）運行床溫偏高，明顯高于設計值，遠高于對降低NOX和SO2原始排放有利的床溫890℃。為降低床溫，運行中保持較高的一次風量，一、二次風量比達55：45，不符合設計要求。高床溫和高一次風率運行均會導致NOX原始排放值升高，對減排不利。（2）高床溫運行、脫硫效率降低等原因會導致一些工況下SO2排放超標，運行中會選擇投用爐內石灰石脫硫系統。NOX的原始生成值隨爐內石灰石粉投用量的增加而升高，對NOX達標排放不利。（3）脫硝系統運行中存在氨水消耗量大，氨逃逸高，脫硝效率低的問題（4）負荷較低時，半干法脫硫系統無法投運，而且不穩定，經常出現塔床現象，對鍋爐來講具有極大的安全隱患。（5）為了降低SO2排放指標值，運行人員往爐內石灰石噴入過量，鈣硫比失常，由于碳酸鈣顆粒偏細，粘度增加，流動性急劇下降，導致回料不暢，外循環停滯現象。（6）當煤質含硫率波動較大時，二級脫硫系統反應滯后，容易造成二氧化硫超標。

鑒于以上循環物料分離效率低、循環量小、實際床溫偏高、一次風量偏大等因素。本次技改低氮脫硝改造擬從提高鍋爐循環物料系統分離效率提高循環量，改善床層質量，以及降低爐膛運行溫度，調整一二次風比例，調整二次風口設計，控制底部燃燒含氧量等方面進行。主要內容有：（1）對下部流化床進行縮床處理。同時對原有風帽進行更換成低流阻大風帽，風帽個數由原來的391只減少一半，采用前后增加澆注料方式，縮小燃燒室面積，由原來的23m2減至15m2，保證下部床的流化燃燒。（2）對分離器入口進行縮小處理，提高分離效率;分離器進口流速按28-30m/s進行設計。（3）更換返料系統，從分離器錐段下部開始，全部更換返料腿，返料床料腿變細，返料腿上部直管段內徑由原來的600mm變為500mm。（4）NOx的初始排放濃度很高，為滿足環保排放要求，鍋爐尾部受熱面應增設SCR脫硝裝置。SCR布置在上級省煤器和中級之間，鍋爐內部去掉中級省煤器，將下級省煤器下移，留出空間，重新制作與布置中級省煤器。（5）爐內增加2片水冷屏，大約80m2，降低床溫。（6）二次風改造：?二次風口由兩層變一層，提高二次風口位置，加大下部密相區還原性氣氛空間，減少?NOx?生成;改造后單個噴口動能增加，有利于二次風擾動，降低飛灰含碳量。具體做法為：?封堵原有的二次風口，用鋼板、抓釘和耐磨可塑料封堵。保留前墻石灰石噴管。?新二次風口采用單層布置、大動量、低阻力、強穿透力二次風設計，口徑加大，標高抬高。

3、循環流化床鍋爐低氮燃燒運行優化措施

3.1氮氧化物的脫除工藝

NOx的脫除同樣采用爐內爐外相結合的方式。爐內采用SNCR脫硝工藝，用氨水作為還原劑，稀釋后的氨水和工廠風混合，通過噴嘴噴入煙氣中，與煙氣中的NOx進行反應。化學反應為：NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O??4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O通常系統所采用的氨水濃度為20%～25%，稀釋到5%左右通過噴槍噴入鍋爐爐膛出口段，在氨水霧化的瞬間捕捉煙氣中的NOx并迅速與之反應，達到脫除NOx的目的。爐外擬采用臭氧脫硝系統，主要用于低負荷時降低氮氧化物的輔助手段。臭氧發生器出口裝有濃度監測儀，根據臭氧噴入口之前和脫硫塔出口所監測的NOx濃度來控制臭氧的噴入量，加入臭氧后低價的NOx氧化生成高價的NOx，即臭氧與NO和NO2迅速反應生成可溶的N2O5，N2O5與脫硫塔內的石灰石漿液反應生成硝酸鹽。處理NOx的過程中，臭氧同時將煙氣中的部分SO2氧化為SO3，同步提高了脫硫效率。

3.2提高塔內凈化效率

為提高脫硫塔內煙氣的綜合處理效果，對脫硫塔內各組件進行優化設計，更換氣動脫硫單元下噴淋層及對應噴嘴，提高噴嘴霧化效果，使霧化效果達到Dv50<2900μm;Dv32<2400μm;讓霧滴分布盡可能一致、均勻。同時在噴淋層高度上優化，噴淋層噴嘴布置方向由單獨向上噴更改為上下噴，充分提高噴嘴噴出的霧化漿液與煙氣的接觸面和縱深高度。技術改造升級后原4臺漿液循環泵運行實現3臺運行1臺備用。按其中功率最小的一臺泵133kW計算，年節省電能116.5萬kW·h，年節約電耗成本約62.91萬元。

3.3脫硝噴槍的選型優化

現有鍋爐采用了SNCR脫硝工藝，SNCR采用20%濃度的氨水為還原劑，爐內脫硫工藝、電袋除塵器技術。為符合浙江省小火電“50355”達標排放，擬采用SNCR-SCR脫硝方法。混合SNCR-SCR工藝具有2個反應區，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統，首先將還原劑噴入第1個反應區—爐膛，在高溫下還原劑與NOx在沒有催化劑參與的情況下發生還原反應，實現初步脫硝。然后未反應的還原劑進入混合工藝的第2個反應區SCR反應器，在有催化還原的情況下進一步脫硝。SCR最佳反應溫度區間300℃～420℃，而現場省煤器布置空間受限，低負荷時反應區間又沒有，考慮到費用因素，需在后期做進一步改造。根據當前情況，同步采用了新型噴槍選型優化，同時對稀釋濃度配比的改變，脫硝效率提升明顯，取得了良好的控制效果。

3.4通過旋風分離器及返料器改造提升效率

將旋風分離器進口水平煙道重新設計改造，擴大爐膛出口到水平煙道截面積，降低水平煙道到分離器的截面積，縮小水平煙道通流面積，增加流速，提高旋風分離器效率。返料器改造主要是對風帽型式的改變以減小小孔堵塞和增加風帽個數使布風更加均勻。返料風機分左右料退單獨設置，通過返料器風箱單獨進風，減小搶風擾動。

3.5增設煙氣再循環系統

鍋爐增設了一套煙氣再循環系統，通過引風機出口公用煙道引出一路管子至空預器出口，風量大約總風量的15%左右，在保證鍋爐正常流化的同時，以降低爐底含氧量，從而降低鍋爐低負荷工況氮氧化物生成。循環風機采用變頻，以降低廠用電率，功率130Kw，前后增加擋板門，中間增加調節門以控制風量。

3.6提升防磨損技術

在循環流化床鍋爐運行過程中，由于燃料的高速運動和燃燒造成的高溫摩擦對鍋爐本體造成了極其嚴重和不可逆轉的永久性損傷。這一缺陷大大縮短了鍋爐設備的使用壽命，增加了生產成本。因此，探索降低材料磨損的技術，開發更多的耐磨爐料是今后循環流化床鍋爐技術的新發展方向。

結束語

循環流化床鍋爐由于具有燃燒效率高、污染排放低、燃料適應性廣等優點，在我國得到了廣泛的應用。但是，循環流化床鍋爐在大規模商業化過程中仍存在著長期不能滿負荷運行、燃燒效率低、分離器效率低、飛灰含碳量高、結渣、受熱面磨損等問題，從長遠來看，該技術仍存在一些不足。隨著循環流化床鍋爐技術更加廣泛的應用于生產當中，在市場經濟條件下必將實現技術創新，更好地促進未來工業生產的可持續發展，從而促進社會文明進步。

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