CFB鍋爐的低氮燃燒技術改造研究

洪衛林

摘 要：隨著國家環保建設力度的不斷加大，對氮氧化物的排放要求也越來越嚴格。雖然CFB鍋爐具有低氮燃燒的特性，但是在實施污染物超低排放的今天，仍需要進行相應的技術改造，以實現更好的環保目標。本文基于CFB鍋爐中氮氧化物的產生機理。介紹了CFB鍋爐的低氮燃燒技術改造方案，從而達到降低氮氧化物排放量的目的。

關鍵詞：CFB鍋爐;低氮燃燒;產生機理;技術改造

CFB鍋爐是我國近20年發展應用的一種新型燃燒技術，其在燃燒過程中可以多次低溫燃燒并循環使用脫硫劑進行脫硫反應，最終脫硫效率可達到90%左右，燃燒效率也可以接近于傳統的煤粉爐。隨著環保形勢越來越嚴峻，CFB鍋爐的氮氧化物化物排放量自2004年7月初開始執行《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011），即氮氧化物化物排放量<200mg·m-3。雖然CFB鍋爐在低氮燃燒方面已經明顯優于傳統煤粉鍋爐，但是與國家標準仍然有一定的差距。因此，如何在發揮CFB鍋爐自身優勢的同時完成低氮燃燒改造是目前企業的重要工作之一。

一、燃煤鍋爐氮氧化物的產生機理

鍋爐內煤燃燒產生的氮氧化物主要是指一氧化氮和二氧化氮，還會有少量的氧化二氮。燃煤鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化物分為三種：一是空氣中的氮氣在高溫下氧化形成的熱力型氮氧化物，一般占氮氧化物總量的20%左右;二是燃煤中氮化物受熱分解的N、HCN和CN等中間產物繼續氧化生成的氮氧化物以及剩余的氮在焦炭燃燒中氧化形成的氮氧化物，這類氮氧化物成為燃料型氮氧化物;三是燃煤燃燒過程中空氣中的氮與煤中的CH離子團發生反應生成的氮氧化物。[1]

CFB鍋爐中，氮元素在氧化氣氛中不斷被氧化生成氮氧化物，在還原性氣氛中氮氧化物也會不斷被還原為氮氣。所以，所有影響氧化還原反應的因素都會影響到CFB鍋爐中氮氧化物的濃度，其中最主要的有以下四個方面：

（一）過量空氣系數

熱力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成可以通過限制鍋爐內的氧濃度進行一定程度的控制，具體限制方法是采用一次風與二次風分級配風，隨著一次風風量的逐漸減少，二次風在一定距離送入鍋爐，在風量分配達到一定數值的情況下，氮氧化物的排放量達到最低。這種方法可以是CFB鍋爐內氮氧化物的排放量降低15%～20%，但是鍋爐內一氧化碳濃度會有所增加，燃料燃燒效率下降。[3]

（二）燃料特性

CFB鍋爐內，在通常的燃煤燃燒溫度下，生成的燃料型氮氧化物中60%～80%來自燃煤中氮有機物受熱分解揮發出的揮發份N，20%～40%來自殘留在焦炭中的氮化合物發生氧化反應二而生成的。

（三）燃燒溫度

通過降低CFB鍋爐內的燃燒溫度可以明顯降低氮氧化物的排放量。但是需要注意的是，鍋爐內溫度降低會導致爐內一氧化碳和氧化二氮的排放量增加。

（四）CFB鍋爐中脫硫劑的使用

脫硫劑的使用主要是為了降低燃燒過程中二氧化硫的排放量，但是其中包含的CaO與CaS等催化劑對鍋爐內的氮氧化物排放也會產生很大的影響。

二、CFB鍋爐的低氮燃燒技術方案

（一）改造二次風噴口

CFB鍋爐燃燒生成的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物，但是如果爐內氧氣含量不均衡，就會導致爐內局部氧氣濃度偏高，增加熱力型氮氧化物的生成?？梢酝ㄟ^改造二次風噴口，控制鍋爐內的空氣均勻分級燃燒，消除爐內燃燒的高溫峰值的同時也可以很好的解決爐內中心區域燃燒缺氧的問題。提高二次風噴口的高度，降低富氧區的氧氣密度，降低一次風的配風比例，創造爐內最佳的氧化還原反應氣氛，在碳氫的催化作用下促進燃料中含硫物質分解并與煙氣中的CaO反應生成固態的CaS，提高CFB鍋爐的脫硫效率。同時，提高二次風噴口高度后，爐內過量空氣系數降低，也有效降低了氮氧化物的生成。[2]

（二）應用煙氣再循環技術

煙氣再循環技術主要是指將從引風機引出的煙氣在出口處通過風機再次引入鍋爐的爐膛密相區，其技術核心就是利用循環利用的煙氣中氧氣濃度低，可以有效抑制爐內燃燒過程中氮氧化物的生成。[3]一次風的配風量降低會使得對流換熱區的熱交換減弱，循環使用的煙氣可以很好的解決這個問題，同時，循環回密相區的煙氣與二次配風結合，可以合理的構建鍋爐內燃燒物料的流態化，增加對燃燒顆粒的擾動，發生深度還原反應，降低氮氧化物的產生。

煙氣再循環技術中，要嚴格準確的選擇再循環分級的型號和再循環煙道的調節擋板，根據CFB鍋爐的燃燒運行情況合理設計不同負荷情況下再循環的煙氣進入爐膛內的壓力、流量、速度等指標。通煙氣再循環技術的合理應用，同時結合CFB鍋爐的尾部脫硝技術，可以有效降低氮氧化物的產生和脫硝劑的使用量，具有良好的綠色環保效果。

（三）提高分離器效率

通過提高CFB鍋爐分離器的分離效率，增加鍋爐返料量，可以明顯增加燃料中細顆粒的比例。CFB鍋爐中燃料粒徑在氮氧化物的產生方面有很大的影響：首先，粒徑越小的燃料顆粒燃燒速度越快，氧氣消耗的速度也就越快，爐內一氧化碳快速生成進而加強還原性氣氛，抑制了鍋爐內氮氧化物的生成。其次，粒徑小的燃燒顆粒表面積大，爐內熱傳導增強，溫度與熱量分配更加均勻合理，避免了因局部高溫而產生熱力型氮氧化物的可能。[2]綜上所述，提高CFB鍋爐的分離器效率，可以平衡爐內溫度，促進焦炭的生成，加強對氮氧化物的還原，有效抑制氮氧化物的生成。

三、結語

隨著人類社會經濟和科學技術的發展，環保形勢也逐漸嚴峻起來，氮氧化物的排放逐漸引起了人們的重視，企業必須重視提高環保意識，增強自身治污能力。雖然CFB鍋爐已經具有低氮燃燒技術，但其在新的國家標準下仍然需要進一步優化改造，本文在CFB鍋爐特有的技術優勢基礎上所論述的幾種方法，均已實踐中取得了明顯的效果，對CFB鍋爐的低氮燃燒改造具有重要的意義。

參考文獻：

[1]周洋，李曈，郭思鵬，張政.循環流化床鍋爐低NOX燃燒環保改造[J].環境工程學報，2018，12（11）：3281-3288.

[2]張俊，楊巨生.循環流化床鍋爐NOX超低排放改造[J].科技風，2018（01）：144.

[3]牛保軍.循環流化床鍋爐氮氧化物超低排放技術探討[A].中國節能協會熱電產業聯盟、西安熱工研究院有限公司.2016火電廠污染物凈化與節能技術研討會論文集[C].中國節能協會熱電產業聯盟、

西安熱工研究院有限公司：北京中能聯創信息咨詢有限公司，2016：7.