摘要：循环流化床锅炉排放的污染气体有 SO2，NOx等，若单独孤立地降低其中一种，已不能满足越来越严格的生态环境保护要求，对这三项排放指标的控制，须同时考虑，实施综合降低，以适应大容量循环流化床锅炉发展的需要。通过分析和综合比较 SO2，NOX 排放的影响因素，提出了综合控制 SO2，NOX排放的方法和措施，对循环流化床锅炉的设计和运行有一定的参考价值。
关键词：循环流化床锅炉；烟气中NOX与SO2排放的影响因素；综合控制
引言：
循环流化床锅炉的最大优点在于可燃用劣质煤（高灰分、高硫分及高水分），加入脱硫系统后，SO2 的排放量大大降低，在 NOX 的排放方面，由于流化床的低温燃烧特征，NOX 排放较低，生成的 NOx主要来源于燃料氮，并且在未燃尽焦碳和 CO 的参与下很快被还原，大量试验和运行结果显示，在燃用同样煤种下，循环流化床锅炉排放的 NOx远低于煤粉炉，但流化床的低温燃烧，虽然使 NOx排放低于其他燃烧方式，却带来了一个很重要的负面反应.
在循环流化床中，某些敏感因素对 SO2 和氮氧化物的排放影响是不同的，甚至是矛盾的，例如加入脱硫剂后，就会使 NOX 浓度增加，降低床温可降低 NOx 的浓度，但会使脱硫率降低，N2O浓度升高.另外，大多数循环流化床锅炉燃用高硫分的煤，人们一般将重点放在SO2 的排放上，而对氮氧化物排放的关注相对较少，由于 SO2，NOx都是对环境明显危害的污染气体，单独降低其中某一成分都不是最终目的，随着国家对生态环境的日益重视，对二氧化硫和氮氧化物的排放标准越来越严格，如何在设计和运行中考虑同时降低SO2、NOX以及N2O的排放，成为发展大容量循环流化床锅炉必须面对的一个问题．
一、SO 2，NO x和 N 2O 排放的影响因素
１.床温的影响
1.1.温度对 NO x，、N 2O 的影响；随床温升高，N2O 的排放量下降，N2O 随温度上升而下降的原因：当温度升高时，从焦碳和原煤中直接产生的 N2O 会减少；烟气中的 N2O 随温度升高发生热分解，温度约在 850 ℃时，燃料氮向 N2O 的转化率最高，此时 N2O 排放可达 400 ～500 m g /m3（标准状态下），随温度升高，N2O的转化率迅速下降。
1.2.温度对 SO 2的影响；床温的改变，主要对脱硫反应速度、颗粒孔隙堵塞特性产生影响，从而影响脱硫率。流化床的最佳脱硫温度接近 900 ℃，降低运行温度未必是控制氮氧化物排放的最佳措施，而且降低床温还会影响脱硫率。
2.过量空气系数的影响
在流化床锅炉中，分段燃烧是指将燃烧所需的空气按一定的比例在床下及沿床高适当位置分级送入炉内形成的燃烧，一般一次风从床下风室送入，二次风在悬浮段送入。分段燃烧对降低氮氧化物排放十分有利，实际运行中证实，在循环流化床中实施分段燃烧，以相同床温为比较基础，NOx排放的降低幅度为 25% ～40%，烟气中C的浓度也有一定程度的降低，而 SO2及 N2O的浓度变化不大。在总风量不变的情况下，床层过量空气系数并不是越低越好，而是存在一个最佳的控制范围，即一次风、二次风配比有一最佳值，在该值附近，对分段燃烧控制 NOx的排放效果最好。另外，二次风送入的位置，对 NOx的排放影响也较大。
3.钙硫摩尔比的影响
加脱硫剂石灰石的直接目的是降低 SO2的排放量，然而它对氮氧化物的排放有明显影响，在脱硫反应中必然会存在未反应的石灰石，即存在所谓富余CaO，富余 CaO 对 NO 的生成起催化作用，在氧化性气氛下也对 N2O 的分解起催化作用，因而石灰石的加入会造成 NO 上升，N2O 有所下降，显然，钙硫摩尔比越大，对 NOx及 N2O 的排放影响越大。
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4.实施选择性还原法的影响
实施选择性还原，是脱除 NO 的一种有效方法，在循环流化床锅炉较适宜采用选择性非催化剂还原（SNCR）法。注入的还原剂一般是氨，氨注入的位置对脱除 NO 效果很重要注氨会使 N O 排放有所增加，主要原因是氨被氧化会产生 N O，通过控制该区域的过量空气量，降低氧浓度，可减弱注氨引起的 NO 上升，有关资料表明，在注氨点控制氧的质量分数不超过 5% ～6%，不仅可以有效降低 NO 排放，而且可以保持 N O 排放基本不变。注氨对 SO2 排放未见显著影响。
二、综合比较分析
1.提高运行床温及采用较小的过量空气系数
提高运行床温，可以大幅度降低 N O，同时提高燃烧效率，减少 CO 排放。采用较小的过量空气会使燃烧效率降低，CO 排放升高，因而过量空气系数α 的下限要由燃烧效率的可接受指标来决定，降低α 造成的燃烧效率下降，可采取同时提高床温的方法，予以适当补偿。提高床温和降低α 会造成 SO 排放增加，为抵消这一不利影响，可通过选择适当的脱硫剂品种和减小脱硫剂粒径来解决。例如将石灰石的粒径减小，不仅可以增加承载脱硫反应的比表面积，而且使脱硫对温度的敏感性和对 NOx的刺激增长作用都减弱。这样就为采用较高床温及较低过量空气系数提供了良好条件。温度在 850 ℃时，N2O 的转化率最高，故 850 ℃的温度应是控制污染排放的床温下限，为抵消因床温升高造成的脱硫率下降，可减小石灰石的粒径，但粒径不能过小，否则会增大其以飞灰形式的逃逸量，反而会使脱硫效率下降，另外也增加了电除尘器的负担。有关资料表明，石灰石的粒径 150～300 mm 可基本可满足要求。
2.实施分段燃烧
实施分段燃烧，可大大降低 NOx的排放，而SO2和 N2O 的排放变化不大。由前面分析可知，存在一个最佳的一次风、二次风配比，在此配比下，NOx的排放可望达到最低水平，但一次风、二次风的配比还需考虑密相区的流化、燃烧及一次风机电耗，目前大容量循环流化床锅炉，一次风与二次风配比一般约为 3∶1，另外二次风注入的位置，对 NOx的排放大小很关健，目前大容量循环流化床锅炉一般在密相区的上方距布风板m 处。
3.实施选择性还原剂脱氮
实施选择性还原剂脱氮是目前而有效的措施。循环流化床锅炉较适宜采用选非催化还原（SCR）法，因为循环流化床炉膛悬浮空间及风分离器区域气固扰动很强烈用氨做还原在这些区域布置注氨喷射系统常简便，并于放大。由前面分析可知，只氨点选择恰可显著降低 NOx的排放，由引起的 N2O 加，可通过控制该区域的过量空数解决。
结束语：
1、提高运行床温的同时，采用较低的过量空气系数，并实施分段燃烧，可有效降低氮氧化物（NOx和 N2O）的排放，由此引起的脱硫率下降，可通过采用较小的石灰石粒径来抵消，从而保持 SO2 的低排放，运行床温的下限推荐值约为 850 ℃。
2.在旋风分离器区域实施选择性非催化还原（SNCR）。注氨是一种简单、高效的脱氮措施，尤其在大容量循环流化床锅炉上，其应用前景广大，注氨点的选择和注氨区域的氧浓度是脱氮效果的关键。
3.在受热面磨损和风机压头增加所允许的范围内，采用较高的循环倍率，对综合控制污染物的排放是十分有利的。
参考文献：
[1] 刘焕彩 流化床锅炉原理与设计 [M] 华中理工大学出版社 1988
[2]岑可法.倪明江. 骆仲泱等 循环流化床锅炉理论设计与运行 [M] 中国电力出社 1998
论文作者:马罡
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
标签：流化床论文; 锅炉论文; 石灰石论文; 温度论文; 粒径论文; 浓度论文; 选择性论文; 《电力设备》2019年第13期论文;