循环流化床锅炉烟气降硝改造探讨

巩建华

（河南神马尼龙化工有限责任公司，河南 平顶山 467013）

循环流化床锅炉烟气降硝改造探讨

巩建华

（河南神马尼龙化工有限责任公司，河南 平顶山 467013）

分析了某公司130 t／h循环流化床锅炉NOx原始排放浓度高和炉膛出口温度低的原因，并提出了相应的技术对策，包括对锅炉异型分离器本体及中心筒进行优化改造，提高了分离器效率，为SNCR脱硝系统提供合理的温度分布场；同时新增二次环形风实现深度分级燃烧及烟气再循环技术降低了NOx原始排放浓度。经降硝改造后，锅炉NOx排放浓度满足环保要求。

循环流化床锅炉；分离器；分级燃烧；烟气再循环

NOx可造成大气污染，煤炭高温燃烧是NOx的主要来源，为了解决日益严重的NOx污染问题，研究一种可降低燃煤电厂NOx排放、经济性好的技术具有重要意义。针对现有低NOx燃烧技术效率较低的状况，基于大量的理论分析、中试研究、数值模拟和现场试验，研究开发复合分级NOx燃烧技术，其NOx控制效率高，对锅炉燃烧效率影响小。针对某电厂循环流化床锅炉，制定了复合分级低NOx燃烧改造方案，并进行了详细分析［1－2］。

1 概述

某公司130 t／h锅炉是异型水冷分离器循环流化床锅炉，锅炉采用“П”型布置，框架支吊结构。该锅炉布置有2台异型水冷分离器，炉膛后墙中间部分水冷壁向后弯制形成分离器入口加速段。分离器后墙向上延伸成为分离器和炉膛斜顶，向下收缩成料斗，另一部分直接引出作吊挂管用。分离器斜顶、侧墙和顶棚管构成了分离器的出口烟道。

由于锅炉分离器为异型水冷分离器，分离效率偏低。运行期间分离效率低，循环灰量小，床温偏高，一次风量大，负荷达不到额定负荷。一次风量大导致密相区过氧燃烧，与循环流化床锅炉的分段低温燃烧、低氮燃烧完全背离，烟气NOx排放达到600 mg／m3，显著高于燃用同类煤种CFB锅炉排放值。炉膛出口温度在650～700℃，锅炉SNCR脱硝效率低且氨逃逸在10 μL／L以上，无法满足环保正常排放指标NOx≤200 mg／m3，针对上述原因，对本台锅炉实施降硝改造。

2 机理分析

根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有温度（火焰温度或床温）、氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有2个方面：降低床温，防止局部高温；降低过量空气系数和氧浓度，使煤在缺氧的条件下燃烧。鉴于该公司热电厂130 t／h锅炉的现状，采用“提高锅炉分离器效率，降低锅炉床温，提高炉膛出口烟温”、“低过量空气燃烧”、“空气深度分级燃烧”和“烟气再循环”等烟气降硝改造措施，降低NOx排放浓度。

3 锅炉改造方案

3.1 分离器效率提效改造

分离器是CFB锅炉的关键部件，其主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，送回炉膛，以维持炉膛的快速流态化运行，保证燃料和脱硫剂多次循环，为焦炭颗粒和脱硫剂停留时间的延长提供条件。因此，分离器的分离效率对循环流化床锅炉的运行产生直接影响。影响分离器效率的因素很多，如飞灰的粒径、浓度、入口速度及外部结构等，通常分离器进口宽度与进口形式、中心筒插入长度和直径、筒体直径等对分离器性能影响较大［3］。

某热电厂130 t／h锅炉分离器筒体直径3 895 mm，进口截面3 880 mm×990 mm，中心筒直径1 500 mm，插入深度约1 334 mm。日常运行时发现锅炉分离器阻力适中，但分配不合理。分离器进口段阻力较低，同时分离器出口段（中心筒）阻力过大。通过飞灰分析发现，3号锅炉飞灰粒径较粗，中位径d50为40.47 μm，切割粒径d90为151.0 μm，远高于正常值。此外炉膛中部压差较低，一次风率较大，床温较高，显然该分离器的分离效率较低。

锅炉分离器的分离效率偏低，颗粒将不能从烟气中有效分离，大量颗粒不经循环而一次通过炉膛进入尾部受热面，浓度较高的含尘气流加剧尾部受热面的磨损，影响设备使用寿命；同时外循环灰量减少，密相区热量不能有效向上传递影响锅炉炉膛传热特性，造成床温高锅炉的出力不足，飞灰含碳量较高，锅炉效率下降；锅炉改造前为了降低锅炉床温，运行期间一、二次风量配比为7∶3，且一次风量明显偏高同类型锅炉，造成了密相区的富氧燃烧，烟气中NOx大量生成。

针对分离器存在的问题，主要改变分离器进气方式和入口结构，提高其分离效率。分离器进口烟道从中间改造到炉膛两侧，并用浇注料对其结构进行优化，使其结构接近分离效率较高的蜗壳式分离器，不仅提高了分离器效率，而且为SNCR系统喷枪布置提供了较佳位置，提高了脱硝效率；将分离器出口烟道加高了500 mm，提高了分离器效率。

3.2 深度分级燃烧改造

CFB燃煤过程的分级燃烧技术使CFB的炉膛自下而上形成富燃料（煤）区、部分燃烧区、燃烧区。该技术有利于抑制CFB燃煤过程，特别是高挥发分煤燃烧过程的NOx排放。将总空气供应量按一定比例分为一次风、二次风引入CFB中的分级燃烧是有效控制NOx排放的重要手段之一［4］。

该锅炉运行中分级燃烧存在以下问题：由于锅炉运行时一次风率较高，约占75%；二次风率较低，约占25%，不利于分级燃烧和NOx控制。二次风为1层布置，距布风板3 050 mm、数量14个、喷口规格约110 mm×160 mm。这种二次风布置形式不能实现有效分级燃烧，不利于NOx控制。

锅炉深度分级燃烧改造原二次风不变，风源仍采用现有二次热风；前后墙各增加4个DN250二次风喷口，材质为Cr25Ni20。新增二次风风源取自一次热风，前墙一路，后墙一路，管道规格为D377 mm×5 mm。

锅炉深度分级燃烧改造后，降低了一次风率（经过布风板），提高了二次风比率和二次风口的位置，这些将使一次风和二次风间的缺氧区域扩大，气体和固体物料在二次风以下的停留时间变长，具有较强的还原性，抑制NO的生成；缺氧环境使床中半焦浓度增加，促进NO被还原为N2O，有效降低了NOx排放。

3.3 新增烟气再循环系统

从引风机后抽取温度较低的干净烟气，通过再循环风机将抽取的烟气送入空气烟气混合器，和空气混合后一起通过一次风机送入炉内。这样可降低锅炉床温，也可降低氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度。设计再循环烟气量为15 000 Nm3／h，烟气再循环率为10%，再循环管道规格D630 mm× 6 mm。锅炉运行时氧量降低了2%。

4 结束语

锅炉改造后分离器效率明显提高，炉膛温度场分布均匀，飞灰粒径取样分析降低到30 μm以下；锅炉带负荷能力显著增强，从110 t／h增加到125 t／h；锅炉床温略有降低，但炉膛出口温度由原来的650℃提升到近800℃，为锅炉的SNCR脱硝系统提供了合适的位置和最佳的反应温度场，SNCR脱硝效率提高近15%。

锅炉深度分级燃烧、烟气再循环系统改造后一、二次风量配比为6∶4，锅炉氧量明显降低，同时也抑制了NOx的生成，有效降低NOx排放。环保部门性能验收期间在锅炉SNCR脱硝系统停运情况下，锅炉烟气NOx排放浓度由原来的600 mg／m3降低至200 mg／m3左右，降硝改造效果明显。投入SNCR脱硝系统后，NOx可以降低到100 mg／m3以下。

［1］张春玲，孙绍增，王正阳.复合分级低NOx燃烧改造方案技术和经济性分析［J］.东北电力技术，2014，35（5）：17－20.

［2］董建勋.日本大型火电机组烟气净化技术［J］.东北电力技术，2004，25（3）：38－44.

［3］赵俊红，荆有印，赵争辉.循环流化床锅炉旋风分离器内流场数值计算与结构优化［J］.东北电力技术，2009，30（9）：1－4.

［4］冯俊凯，岳光溪，吕俊复.循环流化床燃烧锅炉［M］.北京：电力工业出版社，2003.

Discuss on Transformation of Circulating Fluidized Bed Boiler for Reducing NOxGeneration of Flue Gas

GONG Jian⁃hua
（Nylon 66 Salt Co.，Ltd.，Shenma Group，Pingdingshan，Henan 467013，China）

The reasons for low temperature of furnace outlet and NOxhigh emission concentration of given 130 t／h circulating fluidized bed boiler are analyzed.Technical countermeasures are proposed such as boiler heterotype separator body，optimization and modifica⁃tion of center tube to improve separator efficiency，providing reasonable temperature distribution field for denitrification system.Addi⁃tional secondary annular wind realizes deep fractional combustion and flue gas recycling technology reduces NOxemission concentration. NOxemission concentration of boiler satisfies environment protection requirements after reduction and transformation of nitrate.

CFB boiler；Segregator；Fractional combustion；Flue gas recirculation

TM621

A

1004－7913（2016）09－0030－02

巩建华（1978—），男，工程师，从事循环流化床锅炉机组技术管理工作。

2016－06－30）