何建乐

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

某200MW循环流化床锅炉NOx排放试验研究

何建乐

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

针对某200MW循环流化床锅炉存在的床温偏高以及NOx排放浓度较大的问题，对该锅炉进行试验研究：分别从流化风量、运行氧量、上下二次风配比以及床压等手段进行调整分析。试验结果表明：随着流化风量提高，床温以及NOx排放均有明显上升；随着运行氧量提高，床温下降明显，NOx排放也有明显上升趋势；适当降低床层压力，关小下层二次风门开度，可有效降低床温，抑制NOx生成。通过多种燃烧调整手段，实现660t/h、610t/h、480t/h等三个热负荷下NOx排放浓度均可控制在240mg/m3以下。

循环流化床； 床温； 还原气氛； 氮氧化物

0 引言

随着我国环境保护形势的日益严峻，氮氧化物（NOx）作为主要的大气污染物受到了越来越严格的管控。国家环保局最新修订了《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）[1]，要求新建电厂需达到100mg/m3的排放标准（以NO2计，折算为干基、氧气体积分数6%）。因此，调控燃煤电站锅炉使其NOx排放达到标准要求具有迫切的现实意义。

循环流化床(CFB)燃烧技术具有燃料适应性广、NOx和SO2排放浓度低以及负荷调节性能良好等优点，近十几年来在国内外迅速发展[2]。由于燃烧温度低、炉内还原性气氛较强等特点，CFB锅炉中生成的NOx主要为煤中所含氮元素经复杂的化学过程转化而来的燃料型NOx。研究认为，煤的燃料型NOx中，主要是挥发分NOx，焦碳NOx所占的比例不大[3,4]。

CFB锅炉NOx生成过程主要集中在密相区，NOx随烟气沿炉膛方向向上流动，质量浓度沿高度呈下降趋势。一方面是二次风加入对NOx浓度的稀释作用；另一方面，炉内高体积分数的CO和未燃尽焦炭都对NOx起到显著的还原作用。已有研究表明，CO和NOx在焦炭表面发生的气固异相反应是NOx还原的最重要反应[5]。

通过调整CFB锅炉的运行状态，分析研究流化风量、运行氧量、上下二次风配比等运行参数对反应温度以及NOx排放浓度的影响。通过合理控制各运行参数，达到降低NOx排放的目的。

1 设备概况

某热电2×200MW机组两台锅炉采用由引进Foster Wheele公司200MW循环流化床技术开发的745t/h超高压一次再热循环流化锅炉。该锅炉采用了循环流化床燃烧方式，在燃用设计煤种时，能够在50%-100%负荷范围内稳定运行，在70%-100%负荷范围内，过热蒸汽和再热蒸汽能够保持额定参数。通过向炉内添加石灰石，能显著降低SO2的排放；采用低温、分级供风的燃烧能够显著抑制NOx的生成。其灰渣活性好，具有较高的综合利用价值。针对所提供燃料的具体特点，采用了绝热旋风分离器和防漏渣的内嵌逆流柱型风帽。蜗壳式旋风分离器可有效地捕捉烟气中的细小颗粒，极大地提高了分离效率；内嵌逆流柱型风帽具有柱型风帽的优点，并且具有防漏渣功能，为锅炉的长期可靠运行提供了保障。锅炉设计技术参数见表1。调整前该锅炉NOx排放水平见表2。

表2 锅炉NOx排放现状Tab.2 Present situation of this boiler NOx emission

2 试验数据分析

2.1 流化风量调整试验

锅炉燃烧总风量为一次风量与二次风量之和。一次风主要由通过布风板的流化风和播煤风两部分组成，前者主要是保证床料的正常流化并提供燃料挥发分和一部分焦炭燃烧所需要的氧气，后者主要是保证燃料可以正常地进入炉膛，且提供大部分焦炭燃烧所需要的氧气。试验过程中维持锅炉蒸发量610t/h，逐步提高流化风量从20万m3/h到23万m3/h，在提高流化风量的同时控制运行氧量为2.0%，试验结果见表3。

图1 NOx排放浓度以及床温随流化风量变化趋势图Fig.1 Variation trend of NOx emission concentration and bed temperature with fluidizing air volume

图1为NOx排放量以及床温随流化风变化的趋势图。由图中数据可见，流化风从20万m3/h加到23万m3/h，密相区后墙床温从963℃下降到955℃。NOx排放量均值从239mg/m3下降到207.5mg/m3。

一方面流化风相对于床温是冷风对床温，有降温作用，另一方面流化风量增大，使得炉膛稀相区物料浓度上升，加快物料循环带走炉膛密相区的热量。流化风量提高对降低床温以及氮氧化物排放有很好的效果。流化风量增加，床温降低，但同时密相区扬析量增大，对水冷壁磨损不利。在现有运行参数的基础上可适当提高流化风量控制床温。

2.2 运行氧量调整试验

试验过程维持锅炉蒸发量610t/h，首先逐步提高流风量至27万m3/h，然后逐步提高二次风量控制锅炉运行氧量从2.0%逐渐提高到4.0%，结果见表4。

表3 流化风量调整试验结果Tab.3 Test results of fluidizing air volume adjustment

表4 运行氧量调整试验结果Tab.4 Test results of running oxygen adjustment

图2 NOx排放浓度以及床温随运行氧量变化趋势图Fig.2 Variation trend of NOx emission concentration and bed temperature with running oxygen

图2为NOx排放量以及床温随运行氧量变化的趋势图。由图中数据可见，运行氧量从2.0%提高至4.0%的过程中，密相区后墙床温从955℃下降到938℃。NOx排放量均值从207mg/m3上升到348mg/m3。

提高锅炉运行氧量，锅炉烟气量增大，加速烟气从炉膛密相区带走热量，床温有明显下降趋势。床温下降对NOx生成有一定的抑制作用，然而由于运行氧量的提高使得密相区原来还原性气氛遭到破坏，NOx的生成量也呈明显上升的趋势。

因此，在各个负荷下，锅炉运行氧量应维持在低值。

2.3 上下二次风配比调整试验

试验过程维持锅炉蒸发量610t/h，逐步关小下二次风门从100%到70%再到50%。整个试验过程维持运行氧量4.0%，试验结果见表5。

表5 上下二次风配比调整试验结果Tab.5 Test results of ratio adjustment of up and down secondary air

由上表数据可见，上下二次风配比从100：100调整到100：50的过程中，炉膛密相区床温逐步从938℃下降到935℃。NOx排放量均值从348mg/m3下降到334mg/m3。

下层二次风门逐步从100%关到50%的过程中，下层二次风量减小营造密相区燃烧处于还原性气氛，对降低床温以及抑制NOx生成均有一定的好处。然而，关小二次风门，增大二次风沿程阻力，二次风机电耗会随之上升。建议控制上二次风门全开，维持下二次风门开度为50%。

2.4 床压调整试验

试验过程中维持锅炉蒸发量660t/h，运行氧量2.5%，提高流化风量至28万m3/h，然后排渣降低风室压力，逐步从14kPa降至13kPa，试验结果见表6。由表中数据可见，床压下降的过程中，床温以及NOx排放量均有下降的趋势。另外，运行床压过大，料层厚度较厚，增加一次风机耗电量。日常运行床压应适当降低。

表6 床压调整试验结果Tab.6 Test results of bed pressure adjustment

2.5 调整后NOx排放测试

在锅炉蒸发量为480t/h、610t/h、660t/h，对锅炉各运行参数进行调整后测试NOx排放量，试验结果见表7。由表7数据可见，三个热负荷下，NOx排放量分别为 237.3mg/m3、207.6mg/m3、209mg/m3。

该炉NOx生成量对锅炉运行氧量变化反应敏感，为了达到较低的NOx初始排放，运行中应该始终控制运行氧量处于低值。通过提高一次风率控制床温在960℃以下。

综合考虑，按下表所给参数运行，可控制NOx排放量处于低值，同时又能兼顾锅炉经济性及安全性。另外，常规运行中可适当降低床层压力，关小下层二次风门开度。

表7 各负荷段NOx排放测试试验结果Tab.7 Test results of NOx emission under different loads

3 结语

（1）工况调整过程中，锅炉排烟温度以及飞灰含碳量变化较小。

（2）运行氧量控制在2.0%，流化风从20万m3/h调整到23万m3/h，床温963.67℃下降到955.22℃，NOx排放量均值从239mg/m3下降到207.5mg/m3，建议运行中适当提高一次风量，来控制床温。

（3）运行氧量从2.0%逐步提高到4.0%的过程中，炉膛密相区床温从955℃下降到938℃。氮氧化物排放量均值从207mg/m3上升到348mg/m3。提高运行氧量，对降低床温有明显的效果。然而运行氧量的提高使得密相区原来还原性气氛遭到破坏，NOx的生成量呈明显上升趋势。建议在各个负荷段，锅炉运行氧量维持在低值。

（4）下层二次风门逐步从100%关到50%的过程中，下层二次风量减小，密相区燃烧处于还原性气氛，对降低床温以及抑制NOx生成均有一定的好处。

（5）建议适当降低床压运行，对降低床温、NOx排放以及一次风机电耗均有积极作用。

（6）该炉NOx生成量受锅炉运行氧量影响更为敏感，为了达到较低的NOx初始排放，运行中应该始终控制氧量处于低值。

[1]CJJTl85 2012,城镇供热系统节能技术规范[S].

[2]程乐呜，等.大型循环流化床锅炉的发展[J].动力工程,2008,28(6):817-826.Cheng Leming,et al.Development of large scale circulating fluidized bed boiler[J].Power engineering,2008,28(6):817-826.

[3]王金枝，等.循环流化床锅炉脱硝机理及NOx排放控制[J].电力环境保护,2004,20(1):22-23.Wang Jinzhi,et al.Denitration mechanism and NOx emission control of circulating fluidized bed boiler[J].electric power environmental protection,2004,20(1):22-23.

[4]中国电力企业联合会.2011中国电力年鉴[R].北京：中国电力出版社,2012.

[5]Armesto L,et al.N2O emissions from fluidised bed combustion[J].Fuel,2003,82(15/16/17):1845-1850.

Experimental Study on NOx Emission of One 200MW CFB Boiler

HE Jianle
（Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030,China）

Aiming at the problems of high bed temperature and large concentration of NOx emission in a 200MW circulating fluidized bed boiler,the boiler is studied in this paper：the experimental analysis is carried out respectively from adjustment of fluidizing air volume,running oxygen rate,ratio of up and down secondary air and bed pressure.The experimental results show that with the increase of fluidizing air,the bed temperature and NOx emission increased significantly;With the increase of running oxygen,bed temperature decreased significantly,NOx emissions increased significantly;Properly reducing the bed pressure and closing the opening of the lower secondary air register can effectively reduce the bed temperature and inhibit the formation of NOx.Through a variety of combustion adjustment means,the NOx emission concentration under three loads can be controlled below 240mg/m3.

CFB; bed temperature; reducing atmosphere;NOx

TK229.6+6

B

2095-3429（2017）05-0022-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.005

2017-09-05

何建乐（1987-），男，浙江瑞安人，硕士学位，主要从事电站锅炉燃烧调整及设备优化改造方面的研究。