杨永恒

（山西西山热电有限责任公司，山西太原 030022）

0 引言

火力发电是我国目前主要的发电方式，煤的燃烧会直接造成严重的环境污染。在我国环保要求日益严格下，根据文献[1]，可知山西省单机30万kW及以上燃煤发电机组烟气超低排放分别执行标准Ⅰ、Ⅱ。超低排放标准Ⅰ：常规燃煤发电机组达到天然气燃气轮机排放标准，氮氧化物50 mg/Nm3、二氧化硫35 mg/Nm3、烟尘5 mg/Nm3。超低排放标准Ⅱ：低热值煤发电机组基本达到天然气燃气轮机排放标准，氮氧化物50 mg/Nm3、二氧化硫35 mg/Nm3、烟尘10 mg/Nm3。氮氧化物主要来自燃料在燃烧过程中产生的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。氮氧化物排放到大气中的含量和存在的时间达到一定程度后对环境生态平衡产生严重的危害，氮氧化物与空气中的水结合以后会转化成硝酸和硝酸盐。遇到降雨就会形成酸雨；它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染[2]。循环流化床锅炉就是应这种需求发展起来燃烧效率高污染排放物少的新型燃烧设备[3]。循环流化床锅炉中氮氧化物的生成量与炉膛的温度、燃烧区域氧气的含量和燃料在燃烧区域停留时间有直接的关系。燃烧温度越高，密相区氧气含量越高，燃烧停留时间越长，燃烧所生成的氮氧化物量就越多。对于从燃料入手来降低氮氧化物，还没有找到有效的控制方法。因此，要控制或降低氮氧化物的产生，必须先从改善燃烧方法和改进燃烧设备开始。

1 循环流化床锅炉存在的问题及原因分析

1.1 床温高的问题

床温是指循环流化床锅炉密相区燃料燃烧温度。床温是直接反映炉内燃烧状况的重要参数之一，床温的控制直接影响锅炉的燃烧效率和燃烧工况。

循环流化床锅炉设计床温应控制在850～950℃之间。但在实际运行中床温普遍高于930℃。从锅炉燃烧经济角度考虑，床温高燃料入炉着火快，炉渣、飞灰含碳量低；但从环保角度考虑，高温燃烧会生成更多的氮氧化物。

1.2 锅炉炉内温度偏差大

（1）分离器效率偏低，造成锅炉新加燃料燃烧在密相区燃烧释放的热量无足够的返料灰来充分冷却，引起锅炉的床温偏高而不能继续增加负荷；

（2）炉膛布风流化装置采用单一类型风帽，未充分考虑到布风板上部物料阻力不均的实际情况，一次流化风的布风均匀性和流化质量欠佳，密相区燃烧份额偏大而引起床温偏高而不能继续增加负荷；

（3）燃煤颗粒度控制不好，大颗粒偏多，会导致渣多灰少，造成锅炉新加燃料燃烧在密相区燃烧释放的热量无足够的返料灰来充分冷却，引起锅炉的床温偏高而不能继续增加负荷，同时炉膛上部温度偏低[4]。

前后墙二次风设计不合理，缺少对床料的扰动，导致较细的床料不能顺利上升，降低了炉内物料的传热传质能力，而不能继续增加负荷。

2 床温过高的控制措施

通过分析，针对循环流化床锅炉正常运行床温过高的情况制定控制措施：

（1）科学合理的受热面设计，炉内燃烧温度控制在850～920℃之间；

（2）计算精准的空气分级燃烧设计，创造最合理的炉内氧气浓度分布；

（3）性能优良的布风装置，以利于床层温度均匀；

（4）性能优良的分离和返料装置，以利于炉内各段温度场均匀；

（5）合理的燃煤颗粒度宽筛分分布，把煤的颗粒度控制在0～8 mm范围内。

3 改进措施和效果

通过技术论证采取下面4个改造措施，得到比较明显效果。

3.1 布风板阻力、风帽、凸台的选用

选取合适的布风板阻力，选用高效低氮专用风帽，设置低氮凸台。现在的中小型循环流化床锅炉的布风板阻力选择偏小，一般为1 200～1 800 Pa。另外，大多数的循环流化床锅炉都采用单一的钟罩式风帽或蘑菇式风帽，没有考虑到布风板上部的物料浓度有较大的差别。较小的布风板阻力和单一的风帽布置会造成床料局部流化不良，床温和氧量分布不均，这也是造成NOX偏高的重要因素。根据核算，锅炉的布风板面积偏大，若把一次风量降低到低氮燃烧所需的风量，则会导致布风板上部至落煤口这一段的烟速偏低。为解决这个问题，需在炉膛前后墙靠近布风板的一段区域设计砌筑低氮专用凸台，来保证良好的物料流化和低氮性能。

3.2 设计二次风系统

采用优化的分级燃烧技术，重新设计二次风系统。

（1）改变二次风口高度，使密相区形成缺氧燃烧区域；有效抑制挥发分析出燃烧时生成的NOX，同时保证已生成的燃料型NOX在20～50 ms内被固定C和CO充分还原成N2。

（2）重新调整二次风喷嘴在横向的分布，二次风在前后墙炉膛高度方向分成一层，采用高动能喷嘴，使喷口速度提高到70 m/s以上，增加二次风的动量，保证二次风喷口以上区域的氧量均匀分布，避免出现局部富氧区而引起NOx的生成量增加，同时保证飞灰的燃尽度[5]。

（3）调整一二次比例50%∶50%。

3.3 旋风分离器提效改造

提高分离器效率，达到平抑床温、提高炉膛出口温度、控制锅炉效率：

（1）结合锅炉燃用煤种、锅炉的运行负荷状态，对旋风分离器中心筒进行重新设计并更换，采用偏心、缩径设计，并缩短分离器的插入深度，增加分离器效率，增加循环灰量[6]。

（2）结合锅炉燃用煤种、锅炉的运行负荷状态，对旋风分离器进口烟道进行重新设计并改变进口位置(将炉膛中间进风改为两侧进风，并重新设计宽高比，进口采用耐磨可塑料)，调高烟气的贴壁率，增加分离器效率，增加循环灰量。

（3）结合锅炉燃用煤种、锅炉的运行负荷状态，采用耐磨可塑料对旋风分离器内部形状重新设计，四角由方形改为近似圆形，增加内部气流的旋转行程，从而增加分离器效率，增加循环灰量[7]。

3.4 降低床温

降低床温保证汽温实现氮氧化物超低排放。为控制床温实现低温分级多层燃烧，炉内增加受热面起到满足带负荷能力，同时起到控制床温减少氮氧化物产生的作用。

4 小结

对循环流化床锅炉进一步降低氮氧化物排放进行分析和改造，并通过运行证明改造后的锅炉有效减少氮氧化物生成。