張俊 楊巨生

摘 要：在環(huán)保壓力日益增大的今天，火電廠污染物排放成為環(huán)保部門重點監(jiān)測的對象。環(huán)保排放指標日趨嚴格，相應(yīng)的新環(huán)保工藝，減少污染物排放的先進技術(shù)在今天尤其重要。循環(huán)流化床鍋爐作為燃料適應(yīng)性廣，節(jié)能，環(huán)保的新型燃燒設(shè)備被廣泛應(yīng)用。本文介紹了循環(huán)流化床鍋爐的低氮燃燒技術(shù)改造，從燃燒技術(shù)角度根本上減少NOx的產(chǎn)生，從而達到降低污染物排放的目的。

關(guān)鍵詞：還原性氣氛；分離器；煙氣再循環(huán)

在化石能源的利用中，礦物燃料的燃燒排放出大量污染物。我國每年排入大氣中的87%的SO2，68%的NOx和60%的粉塵均來自于煤的直接燃燒。因此，文明用能、合理用能，發(fā)展高效、低污染的清潔煤燃燒技術(shù)，降低NOx和SO2的排放量是當前亟待解決的問題。循環(huán)流化床鍋爐是最近20年里發(fā)展起來的一種新型燃燒技術(shù)，其主要特點是燃料及脫硫劑經(jīng)多次循環(huán)、反復進行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，爐內(nèi)湍流運動強烈。它不但能達到90%的脫硫效率和與煤粉爐相近的燃燒效率，而且具有燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣易于綜合利用等優(yōu)點。

目前循環(huán)流化床技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在燃燒控制，爐內(nèi)脫硫，低氮燃燒技術(shù)上有了很大的改進。

一、燃煤鍋爐NOx的產(chǎn)生機理

煤燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要是NO和二氧化氮，這兩者統(tǒng)稱為NOx，此外還有少量的氧化二氮。

在煤燃燒過程中NOx的生成量和排放量與煤的燃燒方式有關(guān)，特別是燃燒溫度和空氣過量系數(shù)等燃燒條件關(guān)系密切，在煤燃燒過程中，生成的NOx途徑有：

（1）熱力型NOx，它是空氣中氮氣在高溫下氧化而成的，溫度足夠高時，可占20%。

（2）燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而成的。在燃燒過程中，一部分含氮的有機化合物揮發(fā)并受熱裂解生成N、CN、HCN和NHi等中間產(chǎn)物，隨后再氧化生成NOx，另一部分焦炭中的剩余氮在焦炭燃燒過程中被氧化成NOx，因此燃料型NOx又分為揮發(fā)分NOx和焦炭NOx。

實驗表明，在通常的燃燒條件下，燃煤鍋爐中大約只有20%-25%的燃料氮轉(zhuǎn)化為NOx，而且受燃燒過程空氣量影響很大，常用過量空氣系數(shù)來表示，燃燒過程空氣量的多少，一般定義在化學當量比下的過量空氣系數(shù)為1，大于1表示空氣過量，小于1表示空氣量不足，當過量空氣系數(shù)為0.7時，燃料型NOx的生成量接近于零，然后隨過量空氣系數(shù)的增加而增加。同時進一步研究表明，焦炭氮向NOx的轉(zhuǎn)化率很低，大多數(shù)燃料型NOx屬于揮發(fā)分NOx，以上知識對研究和開發(fā)燃料型NOx有重要幫助。

（3）快速型，它是燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫離子團如CH等反應(yīng)生成的NOx，在循環(huán)流化床鍋爐中，一方面，氮在燃燒過程中被不斷氧化生成NOx，另一方面在還原性氣氛中NOx也會被不斷還原生成N2，因此，影響氧化、還原反應(yīng)的所有因素都將影響到NOx的濃度。

二、低氮燃燒改造方案

（一）提高二次風噴口，降低密相區(qū)氧氣含量

在密相區(qū)位置，燃料顆粒進入爐膛后開始升溫著火。將二次風噴口位置提高，可以降低密相區(qū)含氧量，同時減少一次風的比例，使密相區(qū)處于還原性氣氛。過量空氣系數(shù)降低，可以有效抑制NOx的產(chǎn)生。未完全燃燒的燃料經(jīng)運動至稀相區(qū)后，二次風補充所需氧量，繼續(xù)燃燒，該位置溫度降低，NOx的產(chǎn)生條件也受到限制。

（二）提高分離器效率

實驗表明，循環(huán)流化床鍋爐燃料粒徑對NOx的產(chǎn)生也有較大的影響。細顆?？梢约訌姞t膛內(nèi)的傳熱，使爐膛內(nèi)燃燒熱量分配更趨合理，保證爐膛溫度場分配均勻，避免密相區(qū)出現(xiàn)局部超溫。物料越細，燃燒速率越高，氧氣加速消耗，利于一氧化碳的生成，碳粒表面還原性氣氛增強，抑制NOx的生成。細顆粒表面積增大，焦炭對NOx的還原能力增強。

因此，通過對循環(huán)流化床鍋爐分離進行改造，相應(yīng)提高其分離效率，返料量增加，物料中較細顆粒比例增加，循環(huán)灰的濃度同時也增加，可以有效的控制NOx的產(chǎn)生。

（三）煙氣再循環(huán)技術(shù)

將引風機出口煙氣通過風機引至爐膛密相區(qū)，由于該部位煙氣含氧量較低，且經(jīng)過電除塵除塵，粉塵濃度較低。進入爐膛后可以降低含氧濃度，抑制NOx的產(chǎn)生。同時也可以補充因降低一次風量，對流換熱區(qū)域因煙氣量少對流換熱減弱的問題。

同時再循環(huán)煙氣進入鍋爐燃燒密相區(qū)，增強了對燃燒顆粒的擾動，有助于一次燃燒的快速反應(yīng)。

但煙氣進入爐膛時的壓力、流速及風量需根據(jù)鍋爐燃燒工況進行合理設(shè)計，以適應(yīng)不同負荷，不同工況下的煙氣量。設(shè)計中需對再循環(huán)風機準確選型，再循環(huán)煙道裝設(shè)調(diào)節(jié)擋板，用于調(diào)節(jié)再循環(huán)煙氣量。

通過以上改造方法，可以有效降低NOx的排放量，同時再結(jié)合尾部脫硝技術(shù)，即可達到現(xiàn)行國家要求的超低排放標準。通過改造可以有效減少尾部脫硝裝置脫硝劑的使用，降低環(huán)保運行成本。

三、結(jié)論

綜上所論述的幾種方法，在實踐應(yīng)用中其效果也已得到了驗證，氮氧化物減排效果明顯。在環(huán)保壓力日益加大的今天，為適應(yīng)環(huán)保政策，企業(yè)必將投入更多的資本提高治污能力，減少污染物排放。否則將承擔高額的環(huán)保處罰。

對于循環(huán)流化床鍋爐，通過對鍋爐本身的改造，實現(xiàn)氮氧化物的超低排放，不單可以滿足環(huán)保指標。同時對鍋爐本身改造的費用遠小于尾氣治理設(shè)施的投資費用，為企業(yè)減少負擔。另外，從源頭治理污染，相對于尾氣治理方案，減少了治理過程中各類材料、消耗品的投入，可以減少大量的運行成本。同時可以提高鍋爐燃燒效率，提高經(jīng)濟性，降低鍋爐運行成本。

因此，鍋爐氮氧化物超低排放改造技術(shù)是針對循環(huán)流化床鍋爐特有的技術(shù)優(yōu)勢，同時也是切實可行有效的環(huán)保改造方案。

參考文獻：

[1]李靈靈.循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒研究與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導報，2014，11（9）：11.

[2]黑君.循環(huán)流化床鍋爐低氮燃燒改造[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（34）.

[3]潘少冰，李桂瓊.“低氮燃燒技術(shù)+SNCR”在循環(huán)流化床燃煤鍋爐上的應(yīng)用[J].廣東化工，2016， 43（02）：88.

*通訊作者：楊巨生。