循環流化床鍋爐低氮燃燒技術分析及應用

郝正明

（太原鋼鐵集團公司礦業分公司峨口鐵礦，山西 忻州 034207）

通過對氮氧化物的產生條件分析發現，氮氧化物產生的主要原因是根據燃燒地方溫度的過高過低所決定的或者是跟據空氣量所決定的。因此，想要控制環境的污染就要控制燃燒區空氣質量以及燃燒的溫度，用這種方式來達到減少氮氧化物的產生以及排放。目前采用的低氮燃燒技術就是將多種技術進行融合，主要就是利用燃燒過程中產生的氮基中的中間產物來來減少產生氮氧化物。在進行減少空氣污染過程中的這項技術時，標準就是在降低氮氧化物產生的過程同時又不能使空氣中灰塵的含碳量超標。

1 循環流化床氮氧化物產生的原理

煤炭在燃燒過程中產生的氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，這些都統一稱為氮氧化物。燃燒過程中產生的氮氧化物主要分為三種類型：熱力氮氧化物；燃燒氮氧化物以及在火焰邊緣形成的氮氧化物，但是在火焰邊緣形成的氮氧化物一般含量都較少，只有在燃燒有關化合物時才將其放入其中進行考慮。循環流化床鍋爐燃燒時主要產生燃燒型氮氧化物，其產量占氮氧化物產生總量的96%左右，通過實驗表明，燃料燃燒中發揮出的氣體大多數都是二氧化氮、一氧化氮等氮氧化物。從二氧化氮的用途上來看，其轉化效率受溫度、壓強以及空氣的質量數等多種因素的影響，通常情況下氮氧化物的轉化率一般在25%～45%左右并且轉化率與溫度的大小成正比，當溫度越高時其轉化率也越高。所以將溫度控制在一定的范圍內時一氧化氮能夠通過多種反應生成，但是在溫度較低的情況下一氧化氮的利用率并不完全。甚至在溫度較高時，大部分的氮將會揮發出去，由于多種反應機理的限制，使得溫度過高時轉化率卻降低了，起了相反的作用[1]。

低氮燃燒技術就是通過控制燃燒區域的溫度和空氣量，以達到阻止NOx生成及降低其排放濃度的目的。同時，要求使鍋爐燃燒穩定，渣、飛回含碳量不能超標。無論對于SNCRSCR脫硝工藝，先采用大膽燃燒技術，都可節約投資和運行成本。

2 脫硝系統在運行中存在的困擾

2.1 運行效率低

脫硝系統在工業的生產中起著重要的作用，有利于減少空氣的污染以及氮氧化物的排放，然而脫硝系統在運行過程中卻存在效率較低，消耗時間長等問題，正是由于消化系統在運行中效率的標準達不到設計的效率，特別的是在鍋爐低電荷的運行中脫硫效率更低，因此在進行系統運行時，要采取相關措施來提高脫硝系統的效率[2]。

2.2 運行過程消耗量大

氨水在運行過程中是消費最多的，用量最大的一種產品，氨水的費用也相對較高。脫硝系統中使用的氨水是濃度為20%左右的工業使用氨水，工業氨水與工藝水利用輸送管道輸送稀釋模塊進行稀釋處理到6%左右后進行脫硝處理，然而，在運行過程中卻經常因為壓力不處在標準的范圍內達不到設計的要求，從而造成了氨水的大量浪費使得運行的成本增高，同時造成了資金的浪費。

2.3 對溫度反應過于敏感

由于在反應的過程中，脫硝系統在運行過程中對煙氣溫度反應過于敏感，這就使得溫度必須控制在一定的范圍內正確并且嚴格的進行遵循，通過精準的計算發現最佳的溫度是在845℃左右，在這個溫度條件下氮的轉化率最高，脫硫運行的效率也較高。

2.4 循環倍率的影響

通過對前文進行分析可知，循環流化床氮氧化物的含量高低與溫度、壓強、空氣系數都有密切的聯系，其實循環速率對氮氧化物的生成量也有一定的影響，當循環速率高時其排放量較大，只有將循環率控制在一定的范圍內才能使氮氧化物含量得到控制，避免了資源的浪費以及燃料的燃燒不充分現象的發生。

3 降低氮氧化物含量的具體措施

3.1 提高分離器的效率

相關企業在進行生產循環流化床鍋爐設計時已經考慮到了燃料的主要來源，在脫硫系統的運行過程中，其使用的原料需要與設計使用的原料是一樣的。否則的話，就會極大地降低鍋爐的使用效率以及使用時間。由此可以看出采用改變燃料的方式去降低氮氧化物的排放和產生是不現實的，在這種情況下，我們就需要采取一種新的方式去降低氮氧化物的含量，比如說提高旋風分離器的效率。這種方式改變了分離器切向進風口的速率，同時也改變了中心筒插入的深度，這些措施的改進都極大地降低了氮氧化物的排放量以及提高了脫硝系統的運行效力。

3.2 提高脫硝系統運行效率

如果將脫硝系統的運行效率提高上來那么將極大地提高了氮氧化物的排放量，在進行脫硫系統的提高過程中，可以采取具體的技術措施，比如說增強脫硝噴槍的霧化效果、對空氣的壓強大小進行調整、對噴射系統進行改造、改變噴槍的噴射位置等。

3.3 增設飛灰再循環系統

（1）系統總述：從除塵器灰斗取適量的飛灰送到爐膛前墻中下部。一方面可以降低床溫，改善爐膛內部的溫度場，降低NOx的生成量；另一方面可還以提高鍋爐的帶負荷能力，提高飛灰的燃盡率，提高鍋爐效率。

（2）設備配置。系統配一套輸送設備將除塵器灰斗內的飛灰送至爐前灰倉，再由爐前灰倉通過給料設備送入爐膛內。飛灰流程：除塵器灰斗----手動檢修閥門----伸縮節----氣動進料閥----倉泵----爐前灰倉----手動檢修閥門----變頻電動給料機----伸縮節----輸送管道----飛灰噴口----爐膛。

變頻電動給料機：是輸送系統中主要的部件，用于均勻而連續的向輸料管內供料。給料機葉片用耐磨材料，以提高使用壽命和更換方便。輸送飛灰的管道采用普通無縫鋼管，彎頭采用內襯陶瓷的耐磨彎頭。爐前增設灰倉，灰頂頂部設計有倉頂布袋除塵器、壓力真空釋放閥、耐磨進料裝置、高低射頻導納料位計。

圖1 變頻電動給料機

圖2 電動循環給料機構組

3.4 增設煙氣再循環系統

煙氣再循環技術就是利用尾部煙氣具有低O2的特點，促進密相區物料的還原性初始燃燒，可有效降低床溫。與二次風分級相結合的煙氣再循環，可有效實現爐內物料的流態化合力構建，達到深度還原降氮的目的。

自鍋爐引風機出口煙道取風，通過一根管道將適量的煙氣送至一次風機進口，一次風機進口安裝均風裝置，達到良好的取風和混合效果。管道上安裝一個電動調節門，接至上位機可進行遠方控制調節。

3.5 改善空氣系數

空氣系數對氮的轉化率也有較大的影響，減少一次風量，使密相區形成還原性氣氛，減少N0x生成，同時，增大二次風率，增強二次風的擾動，降低飛回含碳量；增加三次風，進一步有利于燃盡還原性氣氛中飛出的固定碳。可以具體采用選用較好的布風板、改變風板的布置布局、改變風的流速、改變風入口的位置、調整噴嘴的角度、根據情況對鍋爐的截面進行改變等措施，倘若這些措施能夠順利實行改善了空氣的質量就會降低循環硫化床鍋爐氮氧化合物的含量。

4 結語

隨著工業的快速發展，空氣污染也成為了一個值得關注的問題，特別的是氮氧化物的排量在空氣污染中占據了主要因素。因此，這就需要加強對氮氧化物的管理，傳統的工藝方法對氮氧化物的管理不能起到特別有效的作用，這就需要我們加以創新。同時，國家也采取了相關措施建立了較為具有整體性的脫硝系統，循環流化床作為一種較為有效且廣泛的燃燒技術，在大部分企業中都得到了廣泛的應用。然而，國家頒布了相關法律降低大氣污染的排放量，這就更進一步的對如何降低空氣中氮氧化物的含量提出了更高的要求。