摘要：由于国家超低排放政策要求愈加严格，循环流化床（CFB）锅炉实施炉内低氮改造势在必行。本文总结了国内CFB锅炉目前主要采用的低氮改造方法，提出其关键在于实现炉内“低温、低氧、低钙”。随着CFB锅炉技术的不断发展，低氮改造方法将会不断进行完善，将更加高效、环保和可靠。
关键词：CFB；低氮；改造
1引言
循环流化床（CFB）燃烧技术自20世纪70年代问世以来，经过近40余年的发展，已经成为目前商业化程度最好的洁净煤燃烧技术[1,2]。CFB锅炉最大的优势在于其广泛的煤种适应性和较低的污染物排放。在国内较长一段时间里，CFB锅炉无需设置脱硝设备，NOx排放仅通过炉内空气分级燃烧即可满足当时的环保法规要求。
但我国于2015年出台了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，明确要求全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现污染物超低排放[3]。对于CFB锅炉，尤其燃用较高挥发分的煤种时，大批电厂的NOx原始排放均在200~300mg/Nm3以上，锅炉需设置相应的脱硝装置才能满足超低排放的要求[4]。
国内大量CFB锅炉运行表明，若不采取手段控制炉内原始排放，仅通过设置炉外脱硝装置来降低NOx的排放，会导致还原剂耗量的大大增加，随之而来的氨逃逸量也大大增加，导致大量硫酸氢氨的生成，直接导致尾部空预器发生堵塞和腐蚀。因此，从根本上减少炉膛出口NOx的原始排放，才是最经济的脱硝方法。
2循环流化床锅炉炉内低氮改造方法
国内外大量理论研究和运行实践表明，控制NOx排放的关键在于实现炉内“低温、低氧、低钙”。因此，目前国内CFB锅炉低氮改造主要手段为降低床温、提高床温均匀性、空气深度分级和高效脱硫等。
2.1“低温”改造
目前国内大量CFB锅炉普遍存在床温偏高的问题。高床温导致石灰石利用率低，钙硫比增大，NOx原始排放升高。因此，降低床温、提高床温均匀性是降低锅炉NOx排放的关键技术之一。
目前国内CFB机组“低温”改造主要分为以下几方面：
（1）炉膛内增加水冷受热面改造。通过增加炉内水冷受热面面积，增加主循环回路吸热份额，从而降低炉膛温度。可根据床温高点的具体位置进行布置，降低床温在炉膛宽度方向的偏差，进而提高床温均匀性，进一步降低NOx排放。
（2）旋风分离器入口烟道改造。由于入口烟气速度对旋风分离器效率有着决定性影响，因此适当提高入口速度，使得进入分离器固体颗粒的离心力增大，使其更容易从烟气中剥离甩向壁面，达到提高分离器效率的目的，进而提高炉膛主循环回路灰浓度，实现降低床温。
（3）布风板风帽分区改造。为进一步提高炉膛床温均匀性，保证低负荷时床料流化稳定，可适当增加布风板局部风帽阻力，更换中间布风板风帽，将这部分风帽阻力适当提高。这样既有利于降低锅炉一次风量运行，提升一二次风分级能力，也可以使布风板四周风量增加，加大对贴壁下降流的扰动，减少床温偏差。
（4）飞灰再循环改造。飞灰再循环就是将除尘器下灰泵出口的灰引入炉膛再次循环燃烧。该方案可增加炉内灰浓度，从而增大炉内换热强度，减小炉膛上下烟气温度偏差，最终降低炉膛整体温度，实现降低NOx排放的目的。
2.2“低氧”改造
炉内空气分级燃烧和适当降低过量空气系数是CFB锅炉减少NOx排放、控制燃烧质量的有效手段。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前国内CFB机组“低氧”改造主要分为以下几方面：
（1）高效二次风改造[5]。提高上二次风口以下还原区域高度，可有效提高低氧量燃烧持续时间，抑制NOx的氛围区域相对于常规二次风系统更广。高效二次风不但能有效去除烟囱效应（三角形贫氧区），同时因气流的高速穿透也增加了煤颗粒及石灰石颗粒在炉内的滞留时间，改善了煤颗粒与石灰石颗粒在炉内的化学反应条件。
（2）缩小布风板改造。缩小布风板深度，提高布风板区域风速，降低上、下炉膛床温偏差；同时，也可以降低一次风率，提高二次风率，降低NOx的原始生成。为减小改造工程量，可采用布风板上敷设耐火材料方法实现。
（3）烟气再循环改造。常规CFB锅炉低负荷时为了保证流化良好，炉底一次风量远大于燃烧所需要的一次风量，造成氧量过大，NOx排放难以控制。将引风机出口的烟气引回炉底一次风道，可有效降低氧量，实现低氧燃烧，降低NOx的生成，从而减轻低负荷时脱硝系统的压力。
2.3“低钙”改造
CFB锅炉可通过添加石灰石进行炉内脱硫，这是CFB锅炉的本身优势。但炉内脱硫和控制NOx排放是相互影响和相互制约的关系，实际运行表明，炉内加入石灰石对NOx的生成具有促进作用[6,7]。因此，通过改造手段提高石灰石利用率，降低炉内石灰石投入量，是降低NOx排放的有效手段。目前国内CFB机组“低钙”改造主要分为以下几方面：
（1）优化石灰石粒度改造。选用合理的石灰石粒度既能保证石灰石在炉内的停留时间，同时也增大了石灰石粒子与二氧化硫的接触面积，提高了石灰石的利用率，有利于脱硫反应的进行，从而降低石灰石耗量。
（2）优化石灰石给入位置改造。根据锅炉的燃煤实际情况，选择合适的石灰石给入点，优先采用回料腿给入的方式。采用在回料腿处将石灰石送入炉膛，有助于脱硫剂的预热煅烧，可使氧化钙的生成有一定提前量，为在炉内脱硫做好准备。另外，石灰石与循环灰得到有效的混合，可以提高石灰石在炉内的扩散能力，提高石灰石利用率，从而降低石灰石耗量。
（3）优化炉内炉外脱硫比例改造。早期的CFB机组由于环保要求不严，部分机组并未设计尾部脱硫装置。对于目前燃用中、高硫煤的CFB机组，直接通过炉内脱硫难以实现SO2排放小于35mg/Nm3的目标，需要改造增加炉外脱硫装置。设置炉外脱硫后，可适当减小炉内脱硫比例，即减小炉内石灰石的投入量，从而减小NOx排放。
3结束语
我国CFB锅炉技术已达到了世界先进水平，如何让已投运的CFB机组再次焕发青春，满足我国日益严格的环保标准，是我国CFB锅炉技术研发、生产制造及实际运行相关人员共同的目标。本文总结了当前国内CFB锅炉炉内低氮改造的主要方法，随着CFB锅炉技术的不断发展，将会不断进行完善，将更加高效、环保和可靠。
参 考 文 献
[1]岳光溪，吕俊复，徐鹏，等．循环流化床燃烧发展现状及前景分析［J］．中国电力，2016，49( 1) : 1-13．
[2]冯俊凯，岳光溪，吕俊复．循环流化床燃烧锅炉[M]．北京：中国电力出版社，2003．
[3]国家发展和改革委员会，环境保护部，国家能源局．《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014——2020年）》[S]，2014．
[4]孙献斌，时正海，金森旺. 循环流化床锅炉超低排放技术研究[J]. 中国电力，2014，47（1）：142－145．
[5]王鹏，苏虎，鲁佳易，等．循环流化床锅炉二次风布风方法[P]．中国专利，201410516049.2．
[6]李雄，刘军，岳光溪，等. 循环流化床锅炉深度脱硫与超低排放[J]. 锅炉技术，2007，38（6）：26－45．
[7]刘志强，刘青，蒋文斌，等. 循环流化床锅炉 SO2和NOx排放的影响规律研究[J]. 锅炉技术，2013，44（5）：23－27．
论文作者:邓启刚,薛大勇,巩李明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：锅炉论文; 石灰石论文; 炉膛论文; 流化床论文; 低氧论文; 机组论文; 风帽论文; 《基层建设》2019年第19期论文;