循環流化床工業燃煤鍋爐低氮燃燒技術測試與研究

李永明

(泉州經貿職業技術學院慈山分院，福建 安溪 362411)

1 引言

我國能源生產結構中煤炭比例多在67%及以上，煤炭是我國能源的主體。由于循環流化床工業燃煤鍋爐的燃燒方式為懸浮燃燒，爐膛燃燒溫度較高，一般在850℃以上，燃煤顆粒含氮產物在燃燒過程中可以部分轉化為NOx。因此，其較手燒、鏈條燃煤工業鍋爐的NOx的排放量要高[1-3]。要從氮氧化物形成的機理上抑制氮氧化物的產生量，應當盡可能降低煙氣在高溫燃燒區域的停留時間，同時降低鼓風機送入爐膛參與燃燒的空氣量，從而使NOx的排放量降低。此類方法在實踐中被證明是有效的，并受到使用單位的歡迎[4-6]。但是燃煤顆粒在爐膛停留的時間減少和接近貧氧狀態的燃燒可能會帶來燃燒不完全、煙塵含碳量增加、熱效率降低等問題。文中試圖跟蹤一臺循環流化床工業燃煤鍋爐技改運行實例，研究上述因素的相互影響關系，采用回收排放的廢氣作為一次風與新鮮風混合送入爐膛再次燃燒的技改方法，使爐膛中的氧量由富氧狀態接近貧氧狀態，從而降低NOx的排放濃度和排放量。文中通過對鍋爐技改前后NOx的排放量、熱效率等進行檢測，為低氮燃燒技術在工業鍋爐應用提供數據支持。

2 具體實驗

監測現場的循環流化床工業燃煤鍋爐型號為SHF15-2.5/400-M，位于漳州龍海市紫泥鎮安山工業區，鍋爐煙氣經布袋除塵器、堿噴淋洗氣塔等環保處理設施凈化后，排往總煙風道，通過一根高50米的煙囪向大氣排放。同時，選擇在其環保處理設施后一段平直煙風道處設一監測平臺，并設監測采樣點。

2.1 NOx排放量的檢測

2.1.1 檢測儀器及其檢測方法

根據環保處理設施堿噴淋洗氣塔的現場監測環境，煙氣采樣使用嶗應3080Z型煙氣預處理器、嶗應3012H自動煙塵（氣）測試儀完成。煙氣測試儀校正用標準氣體NO：濃度67mg/m3；標準氣體N2、O2：濃度21.0%。儀器設備均經福建省計量科學研究院檢定或校準合格。

采用的檢測方法主要有：《空氣和廢氣監測分析方法》《固定污染源排氣中顆粒物的測定與氣態污染物采樣方法》《固定污染源監測質量保證與質量控制技術規范》《鍋爐大氣污染物排放標準》[7-10]。

2.1.2 監測采樣頻次和樣本數量說明

氧量、NOX氣態污染物：在技改前后對同樣的生產負荷分別監測1天，每天在監測采樣斷面采集煙氣參數16次，根據煙氣流速變化采用跟蹤采樣模式，每次采樣時間約2-3分鐘，在O2、NOX濃度基本穩定后積分平均，每次共采集樣本共計16個。

2.1.3 技改前后的NOx的檢測結果

循環流化床工業燃煤鍋爐技改前后NOx的監測結果數據如表1、表2所示。

表2 鍋爐技改后NOx的監測結果

2.1.4 數據分析

根據2011年中國合格評定國家認可委員會發布的CNAS-CL07：2011《測量不確定度的要求》及JJF 1059-2012《測量不確定度評定與表示》，測量不確定度評定的計算，見公式（1）。鍋爐技改前后NOx質量濃度測定值，其每一個值要求有95%的概率落在置信半區間限值內。

式中：

經式（1）計算可得技改前NOx實測濃度為 263±8mg/m3，排放濃度為 325±11mg/m3；技改后NOx實測濃度為263±9mg/m3，排放濃度為213±7mg/m3。

2.2 鍋爐熱效率的檢測

2.2.1 檢測儀器及其檢測方法

根據工業鍋爐熱效率詳細測試的要求，煤樣分析、煙氣參數、蒸汽流量等數據采集分析使用嶗應3012H自動煙塵（氣）測試儀、梅特勒ME204E電子天平、電導率儀DDS-307A、紅外測溫儀AR320、碳氫元素分析儀TQ-3A、便攜式超聲流量計IRD-2000H等儀器完成。煙氣測試儀校正用標準氣體CO：濃度80ppm；標準氣體N2、O2：濃度21.0%，標準煤樣2.57MJ/kg。儀器設備均經福建省計量科學研究院檢定或校準合格。

采用的檢測方法主要有：TSG G0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》、GB/T10180-2003《工業鍋爐熱工性能試驗規程》、TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》[12-14]。

2.2.2 檢測現場及頻次說明

依據GB/T10180-2003《工業鍋爐熱工性能試驗規程》的要求布置測點，排煙溫度、煙氣分析用自動煙塵（氣）測試儀在空預器排煙出口處測量，原煤樣在現場煤倉處采取，采用電子地磅秤取入爐煤的重量；飛灰樣用自動煙塵（氣）測試儀在空預器排煙出口處測量，渣樣取于鍋爐底部出渣口，采用電子地磅稱量，用就地壓力表測得蒸汽壓力、給水壓力，用接觸式溫度計測得給水溫度和空預器進口空氣溫度，用電導率儀測得飽和蒸汽濕度，用流量計測得鍋爐給水流量。

鍋爐熱工況穩定1小時后，進行預備性試驗，檢查鍋爐和輔機的運行情況和試驗的準備工作。待調整到試驗工況1小時后開始進行正式試驗。試驗開始到試驗結束給煤量、燃燒工況、給水量、給水溫度、溫度、壓力等參數保持穩定。

技改前后各進行一次鍋爐熱效率詳細測試。

2.2.3 技改前后的鍋爐熱效率詳細測試結果

鍋爐技改前鍋爐熱效率為89.31%，技改后鍋爐熱效率為87.88%。

3 結論

文中研究采用回收排放的廢氣作為一次風與新鮮風混合送入爐膛再次燃燒，爐膛燃燒狀態由富氧狀態轉為接近貧氧狀態，從而降低NOx的排放濃度和排放量的技改途徑。通過對循環流化床工業燃煤鍋爐技改前后NOx的排放量數據進行比對發現，在相同生產負荷、爐膛溫度穩定的狀況下NOx實測濃度變化不大，排放濃度降低了34.46%，環境效益明顯，但同時飛灰含碳量增加，鍋爐熱效率下降1.43%。兩相比較經濟效益和環境效益，損失較少的鍋爐熱效率獲得良好的環境效益，此類技改途徑無疑會受到使用單位歡迎。