国产 300MW 循环流化床锅炉低氮燃烧技术分析
摘 要：简要分析了循环流化床锅炉烟气中NOx的来源和生成机理，并以云浮发电厂2×300MW循环流化床锅炉为例，探讨了在锅炉还未安装脱销设备时，为达到国家最新NOx排放标准，对循环流化床锅炉降低NOx排放实行了一些行而有效的方法，也为以后的生产提供了宝贵经验。
关键词：循环流化床（CFB）、氮氧化物、低氮燃烧
【分类号】TK229.6
一、引言
二、设备概况
云浮发电厂2×300MW循环流化床锅炉为亚临界、再热、单汽包自然循环、岛式布置、全钢架支吊结合的循环流化床锅炉。锅炉采用高温绝热旋风分离器进行气固分离，运转层标高为12.6m。 锅炉本体钢架由三跨组成，第一跨布置炉膛，第二跨布置高温绝热旋风分离器、返料器等，第三跨布置尾部烟道。锅炉整体呈左右对称布置，炉膛与后烟井之间，布置有三个钢板绝热式旋风分离器。旋风分离器下部各布置一台非机械的"U"型回料器使物料流化返回炉膛。锅炉采用两次配风，一次风从炉膛底部一次风室、布风板及风帽进入炉膛，炉膛底部设有钢板式一次风室（内侧敷设有耐火浇注料），悬挂在炉膛水冷壁下集箱上。二次风分别从燃烧室前墙锥体部分分上中下三层进入炉膛、从燃烧室后墙锥体部分分上下两层进入炉膛。如图所示。
三、循环流化床锅炉NOx生成机理
在燃煤过程中，NOx的生成途径主要有热力型、燃料型和快速型3种。热力型是在高温环境（高于1300℃）中，空气中的氮氧化而生成；由于CFB锅炉燃烧温度低（低于1000℃），因此几乎没有热力型NOx生成。而快速型NOx是碳氢化合物在燃料浓度过高时，在反应区附件会快速生成NOx。对于燃煤锅炉，快速型NOx所占份额一般低于5%。因此，CFB锅炉中NOx的来源主要为燃料中所含的氮经过复杂的化学反应而生成的燃料型NOx。
煤中氮含量一般在0.5%-3%，主要以各种有机物的形式存在。煤颗粒投入炉膛后，随即在高温下发生脱挥发份过程，60%-80%的含氮化合物随挥发份析
出，称之为挥发份氮，而存留在焦炭中的部分称为焦炭氮。挥发份氮在高温环境中的化学活性很高，迅速分解为等小分子化合物，并与O2、CO和焦炭
等发生氧化还原反应生成NOx。焦炭氮也会被氧化生成NO，但焦炭由于
自身的还原性也会NOx的产生有抑制作用。
NOx生成过程主要集中在CFB锅炉的密相区，尤其是在给煤口附近。NOx随烟气沿CFB炉膛高度方向向上流动，直至炉膛出口，质量浓度沿高度呈下降趋势。同时，炉内CO和未燃尽的焦炭都对NOx起到还原作用。
综上所述，温度和还原性气氛是影响CFB锅炉中NOx生成及还原的最主要因素。通过调整CFB锅炉的运行状态，改变以上各因素，就可以实现对锅炉NOx排放的控制。当CFB锅炉温度控制在900℃，且当煤种含氮量不高时，可实现NOx达标排放。
四、本厂CFB锅炉NO 排放高的原因分析
1、煤种方面。由于循环流化床煤种适应性强，出于经济方面考虑，本厂煤种种类比较复杂。有时是含氮量高达5%左右的高热量烟煤，有时是含氮量只有0.5%左右的褐煤。当燃用含氮量高的烟煤时，NOx排放非常难于控制，经常出现排放超标，而且没有任何手段可以控制，给环境带来污染的同时，也给企业带来非常大的经济损失。
2、入煤颗粒度大小不均。一是煤粒过粗，煤粒沉积在密相区，使得床温升高，一次风量增大，密相区氧化气氛增强，NOx产生增多。煤粒过细，循环物料量少，燃烧不完全，效率下降。
3、床温高，风量大，炉内还原气氛低。炉膛床温长期在940℃左右，经常采用加大风量来达到控制床温的目的；但造成氧量长期在3.0-3.5%之间，使得NOx排放超标；风量加大的同时还使得炉内磨损加剧，从而经常发生水冷壁爆管而紧急停炉事故。
五、CFB锅炉低氮燃烧的技术措施
1、做好煤种分析和采购工作。实际运行表明：当燃烧高灰份、低发热量且含氮量低的煤种时，NOx排放能控制在150mg/m3以下，而且煤粒成灰特性好，能有效降低床温。
2、加强入炉煤粒管理。实际运行表明，当燃烧含氮量低的褐煤时，使入炉煤粒度（中位径）保持在3mm左右时，炉膛内循环物料量增多，床温下降，可以减少风量，降低氧量，减少NOx排放。
3、通过在入炉煤中掺入煤粉炉的炉渣来置换床料，降低床温。实践表明，通过掺烧炉渣置换密相区粗颗粒床料，能显著增加炉膛循环物料量，床温也大幅下降。
4、采用低氧燃烧。针对循环流化床的燃烧特性，在床温不高的情况下，降低氧量，增加炉内还原性气氛，也能有效降低NOx排放。
通过以上一系列措施，使得床温下降的同时显著改善炉内还原性气氛，氧量从3.5%下降至2%左右，NOx排放能稳定控制在100-150 mg/m3之间，排放达标。
六、结语
实践结果表明，通过加强入炉煤粒径大小管理、置换床料和燃烧优化调整等手段来降低炉膛床温和氧量，对降低NOx排放具有明显效果。在锅炉脱销工程改造前，应用这些手段在能保证锅炉燃烧效率的同时，也使NOx排放达标，为企业创造更多的效益。
参考文献