循环流化床锅炉脱销工艺方案的对比

刘勇 司杰

摘 要：针对山东八一煤电化有限公司热电厂循环流化床锅炉现脱销系统工艺的现状，了解现有低氮燃烧技术，对实现NOx排放达到超低排放标准的低氮燃烧+SNCR脱硝与SNCR+SCR组合脱硝两种工艺进行对比，以实现脱销工艺方案的选择。从而实现NOx排放达到超低排放标准不超过50 mg/Nm3。

关键词：循环流化床锅炉 氮氧化物 低氮燃烧 超低排放

中图分類号：TK299 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0057-02

热电厂现2#、3#130 t/h循环流化床锅炉脱销系统采用选择性非催化还原法SNCR方式，NOx排放（停SNCR）在300～350 mg/Nm3，SNCR后NOx排放≤100 mg/Nm3。随着国家环保要求的日益严格，火力发电厂污染物排放新标准有可能即将颁布，排放标准不超过50 mg/Nm3，循环流化床脱销系统改造即将进行，在现有SNCR基础上进行改造。

目前，电厂所采用的烟气脱硝有很多种，目前常用且成熟的为低氮燃烧改造、SNCR脱硝改造、SCR脱硝改造，但是单独依靠一种脱硝改造手段已无法满足现在的环保要求，所以一般采用其中两种脱硝方式结合进行方案的设计。对于循环流化床锅炉，目前实现NOx排放达到超低排放标准的有低氮燃烧+SNCR脱硝与SNCR+SCR组合脱硝两种工艺，SCR脱硝工艺就是增加SCR反应器实现降低NOx目的，而低氮燃烧改造则通过对CFB锅炉低氮燃烧技术原理的了解才能对两种方案进行对比。

CFB锅炉低氮燃烧技术用改变燃烧条件来降低NOx排放的方法称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术是采用最广、相对简单、最经济的方法。目前CFB锅炉低NOx燃烧技术主要采用如下技术。

（1）密相区低过量空气系数燃烧。通过控制密相区的供氧量，使煤颗粒的初始燃烧过程尽可能在低理论空气量的条件下进行。随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。但如炉内氧浓度过低，会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。因此在锅炉设计和运行时，应选取最合理的过量空气系数。

（2）空气分级燃烧。空气分级燃烧的基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从密相区供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的40%～50%，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α<1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在密相区上方的二次风喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α>1的条件下完成全部燃烧过程。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级燃烧法。

（3）烟气再循环。烟气再循环是抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度。

低氮燃烧技术的关键，在于实现理想的床温、最小的炉内烟温偏差和合理低氧之间的平衡。对于CFB锅炉炉内循环物料和密相区来说，设法获得有效的一次风率降低或者密相区初始氧量减少，达到充分分级燃烧的效果，是保证在实现高效燃烧的前提下，最终实现低氧低氮燃烧。

要实现低氮改造，结合该电厂实际，改造涉及以下部分。

（1）二次风系统改造。

锅炉设计二次风的比例不高，锅炉设计一、二次风比例为60∶40，锅炉原设计在前后墙布置一层二次风，二次风的标高为8 200 mm，二次风距离布风板的标高为2 400 mm，标高较低，且二次风处在高物料浓度的密相区，导致设计二次风的穿透能力及喷口布置等均未充分协调。改造拟在不降低一次风量、保证床料正常流化的基础上，降低一次风中的氧量份额、间接增加二次风总量，由于底部一次风的减少，抑制密相区的燃烧强度，增大密相区还原气氛的停留空间，抑制NOx的生成。还原性气体及煤颗粒在密相区域的停留时间增加，延长了挥发分析和在还原性气氛下的停留时间。改造后将会提高锅炉的分级燃烧效果，大幅提高二次风穿透性，解决炉膛中心区严重缺氧问题，提高燃料燃尽效果，使得锅炉炉膛内温度场更加均匀，提高了火焰的充满度。

（2）一次风风帽校核。

改造需对布风板风量进行详尽地计算，优化现有的一次风浓相区现有配风均匀性，以提高床温的均匀性，减少局部的高温区，优化烟气流场，在不降低锅炉整体流化特性的基础上降低NOx的生成，保证锅炉燃烧的稳定性。

（3）旋风分离器修整。

分离器入口飞灰份额和细度的不同，对分离器的效率有较大的影响。CFB锅炉低氮改造后风量的改变、过量空气系数的改变以及锅炉温度场、煤质的改变也直接导致了旋风分离器进口烟气量的改变，改变了旋风分离器的入口风速，进而影响分离器的分离效率。风速的改变将影响炉膛出口烟温，并对尾部受热面的吸热产生影响。分离效率的改变对整个锅炉的物料循环有比较大的影响，将直接影响锅炉的经济性及燃烧稳定性。循环流化床锅炉的燃烧、传热都离不开大量循环灰的参与，根据锅炉设计参数，分离器入口流速越低，分离效果越低，适当增大入口流速及改变入口形状，可有效提高分离效率，增加循环灰量，有利于降低床温、提高炉膛出口温度。同时改造需要对中心筒进行相应的校核。

（4）增加烟气再循环系统。

可在锅炉一次风机入口处增设烟气再循环系统。主要作用是利用锅炉烟气含氧量较低的特点，通过烟气引入一次风机入口，进入一次风室，在保证流化效率的前提下，降低一次风及密相区氧量和床温，间接提高二次风率，来补充被代替的一次风氧量。可在维持适当锅炉整体运行氧量的水平上大幅降低NOx排放。通过调整再循环风量，可保证锅炉各负荷下密相区过量空气系数均在最佳过量空气系数下运行，保证各负荷下锅炉NOx排放均控制在较低水平。

另外通过调整再循环风量可灵活调整流化床床温，保证锅炉在各负荷下床温均在氮氧化物抑制的温度窗口内，从而保证各负荷下均实现低氮燃烧。

通过以上分析对于两种工艺的优略对比见表1。

通过以上方案的对比将为下一步锅炉脱销方案的选择提供参考，希望电厂能够综合考虑选择切合实际的最佳脱硝方案。

参考文献

[1] 高建强，李寒冰，王立坤，等.大型循环流化床锅炉烟气脱硫工艺的可行性研究[J].节能，2014（7）：27-30.

[2] 孙金涛.循环流化床锅炉脱硝改造方案分析[J].中小企业管理与科技旬刊，2015（9）：264-265.