运行调整对循环流化床锅炉NOx排放影响分析

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(1.吉林省电力勘测设计院，长春 130022；

2.中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京 100098)

0 引言

循环流化床(CFB)燃烧是一种高效低污染的洁净煤燃烧技术， 它具有炉内高效脱氮和低氮燃烧特性[1-4]。同时，CFB锅炉床内气固混合均匀，传质和传热效果好，可使用劣质燃料，燃烧效率高，燃料损失小，能量利用率高。由于CFB 具有上述特点，CFB 煤燃烧技术被认为是一项较有前景的技术[2]，与粉煤炉相比燃烧温度较低，燃烧排放的氮氧化物主要来自燃料中含有的氮[3]，热力型N 和快速型N 生成量几乎为零，总NOx排放浓度通常在300 mg/Nm3以内。

为探明CFB 煤燃烧过程中的氮氧化物排放行为，本文研究了CFB 锅炉燃烧温度、过剩空气系数、空气分级、Ca/S等因素对氮氧化物排放行为的影响，为指导锅炉低NOx排放运行提供参考。

1 锅炉介绍

锅炉与300 MW等级汽轮发电机组相匹配，锅炉采用循环流化床燃烧方式，循环物料的分离采用高温绝热旋风分离器。锅炉采用全紧身封闭布置。锅炉主要由单炉膛、4个高温绝热分离器、4个回料阀、尾部对流烟道、6台滚筒冷渣器和1个管式空气预热器等部分组成。

锅炉主要设计参数见表1。

表1 锅炉设计参数表

2 运行调整对NOx排放影响试验

为便于比较，将NOx浓度折算为NO2，且氧量折算至6%考虑。

2.1 燃烧温度对NOx排放影响

通常情况下，CFB锅炉的燃烧温度在850～890 ℃，燃烧温度对CFB锅炉NOx排放浓度影响明显。

图1示出了密相区燃烧温度变化对NOx排放浓度的影响(排烟氧量均为2.5)。

图1 密相区燃烧温度对NOx排放影响曲线

由图1可以看出，随锅炉密相区燃烧温度的上升，NOx排放浓度呈显著上升趋势。且随温度上升，NOx的增长速率逐渐增加。

在840 ℃左右的密相区燃烧温度，NOx排放浓度约为140 mg/Nm3,但当温度上升至960 ℃时，NOx排放浓度增加接近1倍，达到280 mg/Nm3。

2.2 过剩空气系数对NOx排放影响

图2示出了床温变化对NOx排放浓度的影响(排烟氧量均为2.5)。

图2 过剩空气系数对NOx排放影响曲线

由图2可以看出，在两种密相区燃烧温度下，随排烟氧量的增加，NOx排放浓度呈显著上升趋势。但在正常运行氧量范围内，排烟氧量对NOx排放浓度的影响小于床温的影响。

2.3 一次风率对NOx排放影响

循环流化床锅炉的稳定运行对一次风量要求较高，需保证一次风量在临界流化风量的1.5倍以上。本锅炉临界流化风量约为18万Nm3/h，为了保证炉膛正常流化，通常运行一次风量在32万Nm3/h以上，此时，约占总风量的0.37(一次风率)。

图3示出了一次风率对NOx排放影响。

图3 一次风率对NOx排放影响曲线

由图3可以看出，随着一次风率的增加，NOx排放浓度呈显著上升趋势，但影响相对有限。同时，随着一次风率的增加，NOx排放浓度增加趋势逐渐减弱。

2.4 上二次风率对NOx排放影响

空气分级燃烧对降低NOx的排放浓度具有一定影响，通过空气分级可降低密相区燃烧温度(炉膛高温区温度)，而且促使密相区处于欠氧燃烧过程，降低NOx排放浓度。

图4示出了上二次风率(上二次风与总二次风之比)对NOx排放影响。

图4 上二次风率对NOx排放影响曲线

由图4可以看出，随着上二次风率的增加，NOx排放浓度呈下降趋势，在上二次风率由0.3增加到0.7时，NOx排放浓度约下降30 mg /Nm3。

2.5 Ca/S对NOx排放影响

CFB锅炉多采用炉内加入石灰石进行脱硫，通常按Ca/S在2.5左右设计。但实际运行情况表明：大部分CFB锅炉Ca/S大于2.5，这与石灰石性能、石灰石粒度、输送系统准确性等有关。试验研究发现，过多的石灰石进入炉膛煅烧生成的CaO具有催化NOx生成的作用。

图5示出了Ca/S对NOx排放影响。

图5 Ca/S对NOx排放影响曲线

由图5可以看出，随Ca/S的增加，NOx排放浓度呈上升趋势，当Ca/S由2.5增加到4.0时，NOx的排放浓度约增加35 mg /Nm3。

3 结 论

循环流化床锅炉因较低的燃烧温度，其NOx排放浓度相对较低，通常在300 mg/Nm3以内；

床温、排放氧量对NOx排放浓度影响较为明显，尤以床温对NOx排放浓度影响最为显著；

一次风率、Ca/S也会对NOx排放浓度有一定影响，且均随上述参数的增加呈增加趋势；

随二次风率的增加，NOx的排放浓度呈下降趋势。

[1] 彭岚，程永新，李友荣.CFB锅炉NOx的生成机理与计算[J].浙江电力,2007(4):19-22.

[2] 韩冰源，金 鑫，彭 帅，等.基于发动机性能试验台的变组分富氧进气监控装置设计[J].森林工程，2013，29(4)：100-102.

[3] Li Y H, Lu G Q, Rudolph V. The Kinetic of NO and N2OReduction Over Coal Chars in Fluidised-Bed Combustion.Chemical Engineering Science, 1998, 53(1): 1-26.

[4] Tullin Claes J. Goel Shakti, Morihara Atsushi, et al.Nitrogen Oxide (NO and N2O) Formation for CoalCombustion in a Fluidized Bed: Effect of CarbonConversion and Bed Temperature. Energy & Fuels, 1993,7(6): 796-802.