CFB锅炉降低NOX燃烧技术的研究与应用

摘 要：黄陵矿业煤矸石发电有限公司2×330MW机组CFB锅炉自投运以来，总体运行情况较好，但也反映出一些问题，针对运行中NOx排放偏高的问题，2015年7月，公司生产技术部依照东方锅炉厂制定的NOx排放燃烧调试方案进行了现场调试，取得了较好效果，鉴于机组升负荷过程中或负荷达到300MW时NOx排放瞬时超标，2015年8月-9月，我们再次对锅炉进行了燃烧调整，以进一步探索最优的运行工况，分析影响NOx排放的原因和找到排放达标的措施。

关键词：CFB锅炉；NOx；控制床温；还原性燃烧场

引言

黄陵矿业煤矸石发电有限责任公司目前配置了2×300MW直接空冷凝汽式机组，配2×1058t/h亚临界、一次中间再热循环流化床锅炉，不考虑扩建条件。2015年机组投运后，NOx排放浓度约200～300mg/m3（标态，干基，6%O2）。随着国家对节能减排工作的深入，环保标准不断提高，排放监督愈发严格。2011年9月下旬，国家环保部、国家质量监督检验检疫总局正式颁布了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。为满足国家和地方环保法规要求，改善本地区的大气环境质量，确保电力与环境的可持续协调发展，黄陵矿业煤矸石发电有限责任公司于2014年底完成了2台1058t/h燃煤机组SNCR脱硝装置的建设，投产后2×1058t/h机组氮氧化物排放浓度可控制在150 mg/Nm3左右。

1、影响NOx生成的因素

1.1 NOx与机组负荷的关系

NOx排放值随机组负荷降低而减小，在280MW左右，燃烧3700kCal/kg的燃料时，NOx能较容易地控制在100mg/Nm3以内。究其原因，主要是在低负荷时燃烧强度较弱，床温和炉膛温度水平较低，能够较好的抑制NOx的生成。

1.2 床温对NOx的影响

燃烧温度对NOx排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx排放量上升。床温对NOx的生成量影响明显，床温超过950℃时，NOx生成量逐渐增大，床温控制在850℃―950℃时，NOx能有效控制在100mg/Nm3以内，床温在950℃―1050℃时，NOx能有效控制在150mg/Nm3以内，床温超过1050℃，NOx生成量呈直线上升趋势。

1.3 氧量对NOx的影响

氧量（燃烧过剩空气系数）对NOx的生成量影响明显，高氧量时NOx生成量大，机组负荷在250～300MW，燃烧3800kCal/kg左右的双龙掘进煤、氧量3.5%左右，NOx能有效控制在100mg/Nm3以内，燃烧4500kCal/kg左右的二号井中煤、氧量4.5%左右，NOx能有效地控制在150mg/Nm3以内，燃烧5800kCal/kg左右的二号井原煤、氧量5%左右，NOx排放达到250mg/Nm3以上。

另外，在测量NOx的同时，对煤、灰、渣进行了取样，从分析的结果看，在氧量降至较低水平时，灰渣含碳量没有明显变化（第一天的飞灰数据估计与开始取样时存灰未放尽有关），烟气成份分析结果也显示CO均非常低，说明未完全燃烧损失没有明显变化，而烟气热损失将减小，通过计算，锅炉热效率总体较高，低位燃料效率为93%左右，即锅炉运行经济性较好。

1.4上、下二次风分配比NOx的影响

基于对分级燃烧的理解，在可比的试验工况内，下层二次风总体控制得较小（K2下=15%，K2上=100%），下层二次风量增大后NOx有升高的趋势。

1.5 一、二次风比（床温）对NOx的影响

上/下二次风挡板开度为100/15%的情况下，增大一次流化风量，床温有所下降，NOx排放有所减小，同时有利于减小SO2排放。

2、降低NOx生成措施

CFB锅炉降低和控制NOx生成技术措施有很多种：如通过降低燃料发热量控制床温；根据锅炉经济性，适当降低过量空气系数和氧量使炉膛燃烧区域整体上处于还原性气氛燃烧，合理调配上中下二次风门开度和调整一、二次风配比等方法。

根据降低NOx生成的技术措施，如果锅炉煤种可选，则可以在适量范围内考虑低含氮量煤种，以控制NOx的生成；如果是新机组投运或老机组改造，则在低氧燃烧基础上采取各种低NOx燃烧设计方案将是切实可行的有效措施.目前CFB锅炉低NOx燃烧技术主要包括低氧燃烧、低床温燃烧、二次风下大上小分级燃烧等。这些低NOx燃烧技术都是力求在挥发分析出和燃烧初期，促进燃料与热烟气尽快混合，以创造局部低氧环境.在局部低氧环境中，使前期生成的NO在焦炭燃烧阶段被还原成N2.

根据现阶段国内CFB锅炉的实际运行状况及条件，从经济性而言，实施低NOx燃烧切实有效的方法是降低燃料发热量控制床温，降低过量空气系数和氧量使炉膛燃烧区域整体上处于还原性气氛燃烧，可以有效防止NOx瞬间增大现象的产生，有利于NOx还原和阻滞中间反应基团的进一步氧化，最终起到控制和降低NOx生成的目的.该技术只需合理控制床温和调整一、二次风量就能满足低NOx燃烧要求，达到低污染排放的目的.因此将下层二次风关小，增大一次流化风量是比较经济的。

NOx排放与燃烧过剩空气系数和燃料特性密切相关，对氧量非常敏感，为了将NOx控制在100mg/Nm3以内，高负荷时氧量需控制在2.4%左右，低负荷时可适当增大氧量；将85%燃烧所需的空气量从上中二次风口送入，适当增大一次流化风量，使炉膛床温控制在850℃―950℃，同时降低过量空气系数，阻止氮的氧化，使NOx的转化率下降，从而减少NOx生成量。

在过量空气系数相同的情况下，床温越高，则NOx的生成量越大，而在相同的温度下，过量空气系数越大，则NOx的生成量越大。由此可见，CFB锅炉床温与过量空气系数对于NOx的生成量都具有显著的影响.为此，降低NOx生成量就必须控制其温度与过量空气系数，在理论上使其尽可能的小，但实际运行状况表明，过小的过量空气系数将造成燃料不完全燃烧损失，以及结渣和腐蚀等.因此，在实施空气分级燃烧技术时，过量空气系数应控制在某一范围内。

3、结束语

对于NOx采用何种控制技术主要取决于一个国家NOx的排放标准（国内NOx排放标准的最低限值为100mg/Nm3）、锅炉类型、炉膛结构、燃料特性和投资运行费用等多种因素，对于CFB锅炉而言，实施低NOx燃烧切实有效的方法是降低燃料发热量控制床温，降低过量空气系数和氧量使炉膛燃烧区域整体上处于还原性气氛燃烧，可以有效防止NOx瞬间增大现象的产生。

参考文献

[1]吕海生.黄陵矿业煤矸石发电有限责任公司1、2号循环流化床机组氮氧化物超低排放项目可行性研究报告[A].华能清洁能源研究院

[2]杨金强.黄陵矿业煤矸石发电有限责任公司2号循环流化床机组NOx排放燃烧调整试验方案[B].东方锅炉厂技术中心