摘要：在一台300MW循环流化床锅炉采用补燃技术进行了低NOx排放改造，改造后实炉试验结果表明：锅炉运行参数稳定，NOx原始排放浓度在低于100mg/m3，通过投入低成本SNCR满足NOx超低排放要求。
关键词：循环流化床锅炉；低氧燃烧；补燃；氮氧化物排放；
0引言
循环流化床燃烧作为我国主要煤燃烧方式之一，具备燃料适用范围广、负荷调节性能好、污染物排放低以及灰渣便于综合利用等优势，循环流化床燃锅炉在电力和工业领域和均占有很高的比例。常规循环流化床锅炉的NOx原始排放浓度在100~300mg/Nm3之间，不能实现NOx排放浓度低于100mg/Nm3的国家标准限制，以及部分地区实行的NOx排放浓度低于50mg/Nm3的超低排放标准，循环流化床锅炉面临着必须进一步降低NOx排放的问题。
由循环流化床锅炉燃烧温度低，其NOx主要源于燃料型NOx，国内外诸多学者致力于开展优化燃烧条件来控制NOx生成的研究。研究发现影响循环流化床锅炉的NOx排放的因素有：燃烧温度、过量空气系数、一/二次风配比、空气分级、烟气再循环、炉内喷钙脱硫的Ca/S等。在循环流化床锅炉炉内控制NOx排放方面的机理复杂且影响因素众多，研究开发一种安全、稳定、高效的炉内低NOx排放技术对于循环流化床锅炉非常必要。本文研究基于以上原理，通过循环流化床中试装置上开展热态试验研究，并将研究结果在300MW循环流化床锅炉上进行了应用。
1循环流化床低NOx燃烧原理
图1为炉内低氧燃烧结合分离器出口补燃的原理图。通过控制炉膛内的过量空气系数，使炉膛和旋风分离器内呈低氧燃烧状态抑制NOx的生成，或使已生成的NOx转化为N2，从而使旋风分离器出口的NOx原始排放浓度大幅度降低；同时在旋风分离器出口烟道加入补燃空气，充分燃尽尾部烟气中的未燃尽组分，保证了燃烧效率。
2300MWCFB锅炉改造
2.1锅炉简介
锅炉为东方锅炉股份有限公司制造的300MW循环流化床锅炉，锅炉型号为DG1089/17.4-Ⅱ1型，其类型为亚临界压力、一次中间再热、自然循环、单炉膛、三个汽冷式旋风分离器、全悬吊结构的循环流化床锅炉。锅炉于2009年投入商业运行，燃用当地煤矿的烟煤与煤泥的混合燃料，NOx原始排放浓度低于200mg/m3，满足当地现行的环保标准。根据地方政府要求，在2017年底需实现NOx排放浓度低于50mg/m3的超低排放要求。因此，电厂确定了通过较低成本的低氮燃烧改造大幅度降低锅炉NOx原始排放浓度，再结合现有SNCR系统实现NOx超低排放的技术路线。本文正是基于此开展了相关的研究，并完成了在该厂300MWCFB锅炉上的应用。
2.2300MWCFB锅炉补燃风系统设计
结合300MW循环流化床锅炉实际运行情况，进行补燃风系统改造方案设计时，选择炉膛过量空气系数为1.05为设计点。表1为300MWCFB锅炉补燃风系统的设计参数。
表1300MWCFB锅炉补燃风系统设计参数
根据设计计算结果，补燃风量为66000Nm3/h，占锅炉总燃烧空气量的7.4%，炉膛出口氧量为1%，炉膛过量空气系数为1.05，锅炉总体过量空气系数为1.14。补燃风通过3根风管从二次风预热器出口风箱引到3个旋风分离器出口烟道处，在每根补燃风管上安装电动调节风门和流量计，在旋风分离器出口烟道处补燃风分为6路均匀的喷入烟道。为了保证补燃风在烟道中与烟气的均匀掺混，对补燃风喷口的位置进行了优化设计，并将喷口流速设计为70m/s（按205℃热空气温度计算）。图1为300MWCFB锅炉补燃风系统流程图。
图1300MWCFB锅炉补燃风系统流程图
2300MWCFB锅炉试验
锅炉经过补燃系统改造后，对锅炉常规运行的典型工况进行了试验，试验结果如表2所示。
表2300MWCFB试验结果
现场试验过程中通过补燃风门的开度调节进入旋风分离器出口烟道的补燃风量，由于补燃风引自二次风母管，因此在调节补燃风量的同时也改变了二次风的风量（即改变了进入炉膛总风量，进而改变炉膛内的过量空气系数）。从表4中可以看出，在机组负荷为310MW时，补燃风门开度为60%时，补燃工况的NOx原始排放浓度91mg/m3；在机组负荷为200MW时，补燃风门开度为50%时，补燃工况的NOx原始排放浓度96mg/m3，实现了NOx原始排放浓度低于100mg/m3的目标。补燃系统投入后，对锅炉的CO排放浓度和底渣含碳量没有明显的影响，飞灰含碳量较常规燃烧工况上升约1%。
3结论
在一台300MWCFB锅炉进行了补燃系统的改造并开展现场试验。结果表明：锅炉在补燃系统投入条件下长时间稳定运行，各项参数均在正常范围内，NOx原始排放浓度在锅炉高负荷下低于100mg/m3，可结合低成本SNCR脱硝满足NOx的超低排放要求。
参考文献：
[1]吕俊复，岳光溪，张建胜，等.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京:中国水利水电出版社，2005.
[2]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.
论文作者:李关应,李先,李威,郭俊,宝青
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/19
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