低氮燃烧技术在循环流化床锅炉上的运用

张胜林

太原锅炉集团有限公司 山西太原 030000

1 循环流化床锅炉工作原理

锅炉炉膛下设置两相流化床，两相流化床固相颗粒浓度较高。在正常运行过程中，锅炉内的床层物料在浓相区沸腾后，被提出来的较小颗粒会随着烟气移动到炉出口的高温分离器中。从气体中分离出来，分离出来的更小的颗粒再回到炉子里，气体漂移到锅炉的尾部。较小的颗粒通过高温分离器分离，整个循环形成一个闭环。

2 循环流化床锅炉技术特点

2.1 可燃烧的燃料选择范围广泛

循环流化床锅炉技术具有非常显著的优势。它用于燃烧的燃料样品选择非常广泛，对燃料的适用性非常高。在该技术中，燃料只占床料的一小部分，其余为不能燃烧反应的固体材料。这些物质保证床温度的稳定性，减少不必要的消耗的热量，燃烧，这样可以更快地到达燃点，并通过燃烧释放的能量的燃烧反应可以使床温度相对稳定的价值，进而扩大燃料的选择[1]。

2.2 燃烧的运行效益高

循环流化床锅炉的燃烧效率非常高。它可以提高燃烧过程的速率，实现粉煤灰的回收利用等，使煤炭燃烧效率显著提高。在回收粉煤灰的过程中，未能及时在燃料中进行脱硫反应的物质被再次送回床层，减少了燃料反应过程中的浪费。

3 在循环流化床锅炉应用低氮燃烧技术的意义

随着经济的快速发展，对能源和环境的压力逐渐增大。因此，中国提出了可持续发展的战略目标。社会和经济发展的同时，我们还必须注意环境的保护，为了适应时代发展的新要求工业企业污染物排放要求严格按照有关标准，并继续研究新型燃烧技术从根本上减少污染物的产生。在研究过程中，通过实验得出氮氧化物是工业排放污染物的主要物质之一，必须采取措施减少氮氧化物的排放，才能有效实现工业生产节能减排的目标。循环流化床是一种高效、洁净的燃烧技术。已广泛应用于多家发电企业，并采用SNCR脱硝系统与低氮燃烧技术相结合，有效地达到了减少污染物排放的目的。

4 低氮燃烧技术在循环流化床锅炉上的应用

机组拥有两台75t/h高温高压循环流化床锅炉，为生产部门提供稳定可靠的动力和蒸汽供应。为达到《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中的NOx排放标准，2015年锅炉大修期间进行了脱硝改造。它采用了低氮燃烧技术和SNCR的结合。锅炉采用石灰石添加到炉和钙注射去硫（由于大量的使用有一定的影响的形成和排放氮氧化物），氮氧化物排放浓度可高达280毫克/ Nm3以上如果不采取措施来控制负载和层的温度[2]。

4.1 低氮燃烧改造技术

低氮燃烧改造技术具体来说，就是在保证锅炉燃烧安全的前提下，采取以下措施来减少氮氧化物的生成：

（1）减少燃料燃烧过程中空气的过量值，燃料的燃烧需要一定量的空气，在保证燃料能够完全燃烧发挥热能的同时，来减少通入空气的过量值，这样可以达到减少与燃料中氮元素反应的氧气的量，从而达到降低氮氧化物的生成。然而，如果通入的空气量过小有不足以使燃料完全燃烧的需要。

（2）分阶段分量通入空气，由于局部的氧气浓度过高和局部的高温都会增加燃烧中氮氧化物的生成。因此，可以采取分阶段分量的方式来通入空气。例如，在燃料预燃的阶段，可以先通入少量的空气，让燃料在燃烧初期燃料的浓度过高来降低氮氧化物的生成，同时这样可以降低因燃料燃烧过快而产生的局部高温；在燃料要燃尽的阶段，可以将之前计算好的剩余空气通入，这样可以与前期没有完全燃烧的燃料进行完全的燃烧反应，这样既可以解决前期未完全燃烧的热能损耗问题，又可以降低整个燃烧过程中氮氧化物的生成，这样既保证了烟气排放的环保要求又可以提高锅炉燃烧的经济价值。

4.2 低氮燃烧改造工艺

（1）控制燃煤颗粒度。影响氮氧化物生成量以及循环流化床锅炉运行效率的原因主要是由于不合理的燃烧、不科学的二次风分配以及炉膛温度过高等因素造成的，导致锅炉排放的NOX含量过多。因此可以对低氮燃烧技术进行技改，首先控制入口的燃煤粒度，为了降低锅炉的一次风使用量需要保证10mm以内的燃煤粒度进入锅炉[3]。

（2）科学、合理的分级二次风。在合理控制燃煤颗粒度后要合理的分级二次风，可以对二次风系统进行改造，拆除原有的分级配风装置，改变二次风喷嘴的大小及位置，以便于可以根据锅炉的燃烧情况随时进行调节，实现对二次风的科学分配。合理的分级二次风是控制NOX 生成的有效途径之一。

（3）改造流化床。传统的循环流化床锅炉在一次风系统的设计上普遍系数过大，不能减少氮氧化物的产生，因此需要对流化床进行改造，提高自身布风的均匀性，并有效的控制一次风的空气系数降低流化床的床温来减少氮氧化物的生成。技术人员可以利用布风板，并应用迷宫式的风帽有效的发挥布风板的作用，保证布风板具有较高的均匀性可以减少床压波动的频率与次数进而减低燃料层的温度。

4.3 运行结果反馈

锅炉改造完毕，投入运行后，检测到烟气中NOx的初始排放浓度降到100mg/Nm3以下，脱硝效率达到60%以上，改造非常成功。再通过SNCR脱硝装置（脱硝效率50%-60%）进行脱硝后可以保证锅炉出口NOx排放浓度＜50mg/Nm3。

5 结语

总而言之，循环流化床锅炉采用低氮燃烧技术进行脱硝改造技术优势明显，是切实可行的也是非常有效的。低氮燃烧改造后不需要运行成本，与SNCR需要持续喷氨水（氨逃逸会造成尾部受热面的腐蚀）及SCR需要定期更换催化剂相比，通过此技术降低NOx的排放，可大大减少运行成本还可以有效消除对尾部受热面的腐蚀，可为用户带来可观的经济效益和社会效益。