摘要：基于循环流化床锅炉NOx的生成机理及NOx排放超标的原因分析，提出了循环流化床锅炉低氮燃烧的一系列措施及改造方案，通过对75吨循环流化床锅炉的改造应用表明，在锅炉效率不降低稳定燃烧的情况下可以降低排放烟气NOx含量60%以上，具有明显的环保效益和经济效益。
关键词：循环流化床锅炉；低氮燃烧；技术及应用；运行调整
目前我国有案可查的循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）已达4000余台，其中80%以上为中小型CFB发电机组或专用工业锅炉，多达3500台左右。CFB 锅炉是高浓度固体颗粒形成的炉内物料以流态化循环方式在炉内进行的低温燃烧过程，流化床是产生流态化燃烧的基本设备。CFB 锅炉由于高浓度固体颗粒阻挡作用，使得流动烟气中的氧含量很难穿越到炉膛中央，形成了炉膛中央氧量缺乏、两侧炉墙附近氧量丰富的凹抛物线分布曲线形式。因此，在合理的低氧条件下，如何实现炉内布风合理以及二次风的均匀穿透，是实现良好炉内脱硫与低氮燃烧的关键。
1 NOx 生成机理
循环流化术锅炉在燃烧过程中产生的 NOx 主要有 NO 和 NO2，主要有以下三种生成途径：⑴热力型 NOx：空气中的氮气在高温下氧化而生产的；⑵燃烧型 NOx：燃料中的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的；⑶快速型 NOx：由空气中的氮和燃料中的碳氢离子团反应生成的。
2 NOx 排放浓度过高原因分析
我公司 75t/h 循环流化床锅炉NOx 排放浓度为 350-420mg/Nm3，难以满足目前环保排放的要求，NOx 排放浓度过高的原因主要有以下三个方面：
锅炉设计上的问题：a）炉膛面积偏小；b）风帽气流分布开孔率偏差，导致流化效果差；c）一二次风分配比不合理；d）二次风布风不合理；
煤种理化指标问题：a）燃料氮含量偏高；b）灰份高，没有使用设计煤种；
运行方式方面存在的问题：a）一二次风配比不能调整；b）风量未根据煤种变化而做适当的调整；
3 技术改造措施
3.1 75t/h 循环流化床锅炉参数
我公司锅炉为济南锅炉厂生产的 YG75-3.82/450-M6 循环流化床锅炉，其额定蒸发量75t/h，额定压力 3.82MPa，额定蒸汽温度450℃，排烟温度 150℃，锅炉设计效率86%。
3.2 改造措施及相应的工艺要求
针对上述存在的问题以及具体分析，对公司 75t/h 循环流化床锅炉进行低氮燃烧改造，遵循“一次风主调料层温度确保床温，二次风补充氧量紧跟负荷”这一基本要领，在可以降低一次风率的情况下，提高二次风率增强分级效果，无论对燃尽率提高、炉内减缓磨损、提高煤质适应性、保证炉效，改善循环流化状态，都十分有益。具体改造措施如下：
（1）二次风调整：a、增加分级燃烧，将原有的二次风单层布置改为两层分级布置：原有的单层二次风喷口标高适当提高，并增加一层二次风喷口。
b、对二次风风管和风箱做相应改造。除了对垂直方向的二次风分级布置，还要对水平方向进行分级，适当调整两侧和中间风管管径，以达到炉膛氧量分配均匀的目标，对该锅炉传统的二次风母管前后联络风箱，进行适当扩大的改造，以满足二次风特殊送风比例关系的要求。
c、二次风入口端直管段的确定。为了形成良好二次风进入炉内的射流喷射效果，保持基本射程而不被扩散，对二次风入口端的直管段相对延长。
d、二次风喷口、射流水平角度的选择。为了不妨碍二次风形成直线型非扩散射流，将直管段直接插入炉墙上的二次风喷口中。适当减少二次风入炉射流水平角度，以提高二次风分级送风效果。
（2）一二次风风量的调整。原一二次风风量比约为6：4，为了适当增加二次风总风量，从锅炉空气器出口的一次风风箱上增设一根风管作为下排二次风的送风，下排二次风单独设置等压风箱，对碎机机进行改造，保证入炉煤粒度≦8mm，降低流化所需风量使一次风风量减少，使一二次风风量比约为5：5，从而减少氮氧化物的产生。
（3）增设烟气再循环系统。为了有效减小一次风含氧量，又满足锅炉一次风流化风量需求，从引风机出口挡板门后增设一根烟气再循环风管至一次风机进口处，将引风机出口一定量的二次风引入一次风机入口处，有效降低一次风含氧量，增加风量分配调节裕度。
（4）风帽的优化改造。原设计风帽小孔角度不合理，流化不充分，造成一次风量大，过剩氧量偏高，氮氧化物偏高。通过试验和应用改变小孔数量和角度提高炉膛流化，减少风量，降低氮氧化物排放。
4 低氮燃烧改造效果分析
4.1 改造后根据锅炉运行参数来调整二次风各分布上下层、左右侧风量和烟气再循环风量，确保锅炉燃烧正常。锅炉出力和运行的各项参数达到锅炉设计要求，同时控制床温锅炉含氧量，达到降低 NOx排放含量的目的。煤种是 CFB 锅炉运行方式调整的关键，必须控制煤的颗粒度、挥发分、灰分、热值、含氮量、含硫量各项参数，根据煤种变化，对烟气再循环二次风上下层、二次风左右侧风量进行及时调整。
4.2 效果与经济性分析
表 1 为改造后的运行状况。由表可知，低氮燃烧改造后烟气 NOx 排放量降低 60%左右，且锅炉效率、排烟温度、锅炉出力、可燃物含量的指标均不差于改造前的水平。同时再配合SNCR改造可以保证烟气NOx 排放量不高于100mg/Nm3。
表 1 改造后运行状况
改造实例表明，本技术有以下特点和效益：
（1）炉膛温度降低30℃，NOx排放浓度降低60%左右；
（2）锅炉的煤种适应性比原设计范围更广；
（3）改造后可降低 50%的 SNCR 用氨水量，降低运行成本；
4.3存在问题及解决措施
存在问题：烟气再循环可以有效的降低锅炉烟气氮氧化物含量，但经过一段时间的运行出现以下问题：烟气再循环的烟气温度较高进入到一次风机入口与一次风混合后温度降低产生冷凝水，冷凝水使一次风机叶轮挂灰严重，使叶轮不平衡振动较大，严重时无法运行必须停炉进行叶轮清灰或进行动平衡。
解决措施：1.更换高压头的烟气再循环风机，将再循环烟气接入到一次风空气预热器出口；2.在一次风机入口加装空气加热器，提高一次风机入口空气温度。
更换高压头的烟气再循环风机额外增加了动力，增加了运行成本，加装空气加热器可以利用锅炉连排的余热进行加热，且投资较低。我们采用在一次风机入口加装空气加热器，加装后效果明显，没有再出现一次风机叶轮挂灰振动现象，腐蚀明显减轻。
5 结论及改进方向
通过对我公司 75t/h 循环流化床锅炉增设分级燃烧、烟气再循环以及运行方式的调整等改造措施，使得其在锅炉效率不降低的情况下烟气 NOx 排放浓度降低 50%左右，具有很好减排效果和经济性。但烟气再循环在运行过程中出现的弊端限制了烟气再循环的应用，现在部分锅炉低氮燃烧改造已不再使用烟气再循环，而是对锅炉的中心筒进行改造，提高锅炉分离效率，增加循环灰量，顶部增加水冷屏，控制降低锅炉炉膛温度、返料温度，有利于降低NOx排放，同时保证较高的燃烧效率。
参考文献：
[1]王秀国.循环流化床锅炉流态重构节能超低排放技术应用小结[J].中氮肥，2017（04）
论文作者:李鲁涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/13
标签：锅炉论文; 烟气论文; 流化床论文; 风量论文; 炉膛论文; 风机论文; 再循环论文; 《电力设备》2018年第3期论文;