循環(huán)流化床鍋爐低氮改造調(diào)試與分析

摘要：循環(huán)流化床鍋爐（CFB）是一種較為環(huán)保的爐型，隨著環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，單純的通過(guò)燃燒調(diào)整已經(jīng)無(wú)法達(dá)到排放要求，對(duì)CFB進(jìn)行低氮改造已經(jīng)勢(shì)在必行。文章結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)CFB低氮改造技術(shù)進(jìn)行探討并提出相關(guān)的建議。

1、引言

作為低溫燃燒方式的CFB爐型已成為我國(guó)火電廠行業(yè)的主要爐型之一，其裝機(jī)容量超過(guò)75000MW，具有良好的爐內(nèi)降氮和脫硫功效。目前大部分新建中小循環(huán)流化床鍋爐可以將NOx排放值控制在200mg/Nm3(本文中mg/Nm3均為干基，標(biāo)態(tài)，6%氧量)以下，但是早期的循環(huán)流化床鍋爐由于各種原因均存在著NOx排放過(guò)高的問(wèn)題，許多已經(jīng)達(dá)到400mg/Nm3以上。，在當(dāng)前嚴(yán)峻的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)限值下，特別是重點(diǎn)地區(qū)要求排放控制在100mg/Nm3以內(nèi)，此時(shí)單純采用SNCR工藝并不能達(dá)到要求?；谶@種情況，為了保證NOx達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)出于改善鍋爐性能、降低脫硝裝置的投運(yùn)成本等目的，對(duì)鍋爐進(jìn)行低氮改造就顯得很有必要。

本文簡(jiǎn)介了CFB普遍存在的問(wèn)題以及低氮改造的幾種途徑，并結(jié)合我公司在內(nèi)蒙三維煤化3×75t循環(huán)流化床鍋爐的改造實(shí)例，對(duì)現(xiàn)行CFB低氮改造技術(shù)進(jìn)行探討并提出相關(guān)建議。

2、鍋爐現(xiàn)狀

內(nèi)蒙古三維煤化科技有限公司現(xiàn)有75t/h循環(huán)流化床鍋爐3臺(tái)，鍋爐總排口NOx初始排放值為450mg/Nm3。為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求，降低初始排放至100mg/Nm3以下，并保證原鍋爐額定運(yùn)行參數(shù)不變，現(xiàn)需對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行相應(yīng)的處理。

該項(xiàng)目3臺(tái)75t/hCFB鍋爐，于2005年投運(yùn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，鍋爐存在如下一些問(wèn)題：

1、床溫高

該爐型在設(shè)計(jì)當(dāng)初為了追求較高的燃燒效率，故采用高床溫的燃燒方式，爐床面積和爐膛體積都較小。這種設(shè)計(jì)雖然提高了燃燒效率，但也帶來(lái)了NOx排放高，鍋爐安全穩(wěn)定性差等問(wèn)題。長(zhǎng)期運(yùn)行后，鍋爐的布風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)帽磨損引起布風(fēng)不均勻，導(dǎo)致局部富氧及局部高溫；分離返料系統(tǒng)等因磨損或變形嚴(yán)重引起分離效率下降、返料不暢，進(jìn)一步加劇了高排放，帶負(fù)荷難等問(wèn)題。目前鍋爐在65t/h負(fù)荷時(shí)床溫達(dá)到1000℃以上，分離器內(nèi)煙氣溫度也超過(guò)1000℃，直接導(dǎo)致后續(xù)SNCR脫硝效率低、低氮改造難度大。

2、一、二次風(fēng)配比不合理

對(duì)于CFB機(jī)組，設(shè)法降低一次風(fēng)率、提高二次風(fēng)率，都不失為增進(jìn)分級(jí)送風(fēng)的好方法，既可以強(qiáng)化氧化區(qū)燃盡和還原區(qū)低氧分段燃燒效果，也抑制溫度及溫差水平，達(dá)到低氮與高效燃燒的過(guò)程統(tǒng)一。

但許多較早的CFB爐型二次風(fēng)布置，都是為了提高燃燒效率，按“充分?jǐn)_動(dòng)、充分接觸”的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。并沒(méi)有處理好射流穿透、配風(fēng)均勻性、風(fēng)煤比局部均衡和合理制造還原氧化區(qū)分布這幾方面的協(xié)調(diào)關(guān)系，從而導(dǎo)致燃燒效率較高，但NOx排放也過(guò)高的問(wèn)題。

3、分離器效率低

本鍋爐采用絕熱式旋風(fēng)分離器，長(zhǎng)期運(yùn)行后，由于中心筒變形、分離器煙道磨損等原因，導(dǎo)致分離效率大幅下降。判斷分離效率的辦法常用兩種：一種是通過(guò)分析除塵器捕足的灰的顆粒度來(lái)分析，良好的分離器平均灰粒徑d50應(yīng)該在30微米以下；另一種辦法是通過(guò)爐膛內(nèi)的差壓來(lái)判斷分離效果，分離效果良好的該型鍋爐爐膛差壓應(yīng)該在500-1500Pa之間，但現(xiàn)場(chǎng)中控顯示本鍋爐爐膛差壓只有200Pa左右。

分離效率低將會(huì)引起許多問(wèn)題，一是引起循環(huán)倍率下降，燃料不完全燃燒損失加大；二是物料對(duì)爐床的冷卻效果降低，床溫偏高；三是物料濃度低，爐膛內(nèi)換熱減弱，鍋爐帶負(fù)荷能力下降。

針對(duì)以上問(wèn)題，現(xiàn)行的CFB低氮改造的手段主要有：

1、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)；2、二次風(fēng)改造系統(tǒng)；3、分離器中心筒改造；4、布風(fēng)板改造；5、增設(shè)水冷屏等。

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的爐型爐況以及NOx脫除要求，合理的選擇改造方式和程度。

3、方案分析

經(jīng)過(guò)前期的資料收集以及現(xiàn)場(chǎng)勘探，參考SNCR在75t/h循環(huán)流化床鍋爐上的效率一般在40%-70%，即使以最高效率70%計(jì)算，也無(wú)法保證NOx控制在100mg/Nm3以下，故在采用SNCR工藝的同時(shí)還須對(duì)鍋爐進(jìn)行低氮改造，才能保證排放濃度達(dá)標(biāo)。

此項(xiàng)目煙氣脫硝以SNCR為主，低氮改造為輔，故鍋爐改造量并不是很多，主要包含兩部分：煙氣再循環(huán)系統(tǒng)和二次風(fēng)改造系統(tǒng)。

3.1煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

煙氣再循環(huán)工藝就是從引風(fēng)機(jī)出口引一路煙氣送至鍋爐一次風(fēng)機(jī)入口，由于煙氣中的氧含量已經(jīng)遠(yuǎn)低于正?？諝庵械难鹾?，這樣在有效的減小了一次風(fēng)含氧量的同時(shí)，也保證了鍋爐一次風(fēng)流化風(fēng)量需求。

再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時(shí)的煙氣量之比，稱為煙氣再循環(huán)率。煙氣再循環(huán)率一般控制在10-20%。當(dāng)采用更高的煙氣再循環(huán)率時(shí)，燃燒會(huì)不穩(wěn)定，未完全燃燒熱損失會(huì)增加。

3.2二次風(fēng)改造

二次風(fēng)改造：鍋爐原二次風(fēng)設(shè)計(jì)為前、后、左右側(cè)墻都有布置，高度方向分三層布置?？紤]到左右側(cè)墻距離較寬，二次風(fēng)的穿透能力大大減弱，因此本次改造將取消側(cè)墻二次風(fēng)管，所有風(fēng)管布置在前后墻，并適當(dāng)抬高二次風(fēng)噴口的標(biāo)高，高度方向上形成燃燒分級(jí)。

給煤管改造：循環(huán)流化床鍋爐的NOx原始排放主要源自燃煤，屬于燃料型NOx，因此設(shè)計(jì)原則是讓煤在爐膛下部進(jìn)行負(fù)氧燃燒，并盡可能讓進(jìn)入爐膛的煤晚點(diǎn)接觸氧氣。原鍋爐結(jié)構(gòu)中給煤點(diǎn)較高，本次改造在將二次風(fēng)抬高的同時(shí)，也適當(dāng)降低了給煤點(diǎn)。

4、調(diào)試與分析

由于單臺(tái)爐原始排放濃度并無(wú)準(zhǔn)確數(shù)值，參考總排口數(shù)值以及后安裝的CEMS的讀數(shù)，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，得出1、2#爐初始排放在400mg/Nm3左右，3#爐初始排放為500mg/Nm3左右，運(yùn)行通過(guò)燃燒調(diào)整（控制O2），均可保證初始濃度在400mg/Nm3左右。

調(diào)試情況大致如下（以3#爐為例）：

二次風(fēng)部分調(diào)試：

主要是通過(guò)調(diào)整其一、二次風(fēng)配比以及上、下層二次風(fēng)風(fēng)門的開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于其鍋爐長(zhǎng)期處于高床溫狀態(tài)運(yùn)行（最高可達(dá)1040℃），加之原一、二次風(fēng)機(jī)余量有限，高負(fù)荷時(shí)基本都處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)手段裕度有限，只能在保證床溫的前提下盡量加大上層二次風(fēng)，減少小二次風(fēng)。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，最終二次風(fēng)改造后總排口NOx濃度較改造前降低60mg/Nm3左右，NOx減排約15%。

煙氣再循環(huán)部分調(diào)試：

主要以控制再循環(huán)風(fēng)機(jī)的變頻為主，以找出最小的熱效率損失下最合適的煙氣的回送量。經(jīng)過(guò)調(diào)試，得出風(fēng)機(jī)變頻在30%-50%時(shí)可達(dá)到較為理想的低氮效果，能大幅降低NOx排放，結(jié)合二次風(fēng)改造，可將NOx可控制在300mg/Nm3以下。

通過(guò)調(diào)試我們也發(fā)現(xiàn)，由于鍋爐是個(gè)完整的系統(tǒng)，沒(méi)有數(shù)值的比對(duì)是處在絕對(duì)的環(huán)境中，鍋爐低氮改造后對(duì)NOx的控制遠(yuǎn)比數(shù)值上體現(xiàn)出來(lái)的要明顯，結(jié)合SNCR完全可以保證NOx排放在100mg/Nm3以下，但同時(shí)也伴隨著一些負(fù)面效應(yīng)。具體如下：

1、由于抬高了二次風(fēng)，使得爐膛火焰中心拉長(zhǎng)，鍋爐整個(gè)溫度場(chǎng)后移，加之煙氣再循環(huán)的投運(yùn)減少了一次風(fēng)空預(yù)器處的換熱量，直接導(dǎo)致改造后排煙溫度上升（比原來(lái)高10℃）。

2、改造過(guò)后鍋爐熱效率有所下降：二次風(fēng)改造部分的影響在可以接受范圍內(nèi)；煙氣再循環(huán)部分在低負(fù)荷時(shí)效果良好，但高負(fù)荷時(shí)煙氣再循環(huán)的投運(yùn)會(huì)帶來(lái)排煙溫度的進(jìn)一步升高，鍋爐熱效率急劇下降，同時(shí)對(duì)除塵器的濾袋壽命造成一定影響。

5、總結(jié)

循環(huán)流化床鍋爐低氮改造因其改造方式的多樣性，已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于工程實(shí)踐中，且可以和SNCR、SCR靈活搭配，對(duì)NOx排放起到較好的控制作用。但低氮排放與高效燃燒之間本身就存在矛盾，鍋爐部分結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，也不可避免的會(huì)對(duì)爐內(nèi)原本穩(wěn)定的溫度場(chǎng)造成影響，如何通過(guò)配套的設(shè)備改造以及相關(guān)的燃燒調(diào)整以減少對(duì)鍋爐的負(fù)面影響，仍然是今后技術(shù)開發(fā)以及工程改造中需進(jìn)一步摸索改進(jìn)的。