大型循环流化床锅炉NOx超低排放技术的对比研究.docx

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大型循环流化床锅炉NOx超低排放技术的对比研究

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刘明

摘要：循环流化床锅炉燃烧温度低，床温区间范围小，一次风率变化范围有限等，燃烧调整手段和影响因素少，在低氮燃烧改造中，只要抓住布风板改造和分离器提效改造两个重点，实现NOx超低排放是比较容易的。四台锅炉及改造方案的对比研究表明：使布风板布风均匀，对不同煤种确定合适的一次风率，提高分离器入口烟气流速，确定适合的中心筒尺寸，从而提高分离器效率，使床温可控，是CFB（循环流化床）锅炉低氮燃烧改造的关键。

关键词：循环流化床;NOx;超低排放;外置床;旋风分离器

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循环流化床（CFB）锅炉燃烧与煤粉锅炉燃烧生成NOx的机理是相同的，由于流化床锅炉的燃烧温度较煤粉炉低得多，因此，热力型NOx的生成量几乎没有;同时，由于飞灰的再循环，未燃尽颗粒的停留时间很长，锅炉燃烧的过量空气系数较低时也能收到较好的燃尽效果，因此，有利于降低燃料型NOx生成。尽管CFB锅炉在低NOx燃烧方面具有先天优势，但床温控制水平、一次风量大小、循环灰量、二次风布置等因素仍对流化床锅炉的NOx生成有着重大影响，甚至决定改造的成败。本文对几个CFB锅炉的设计与改造方案和效果进行对比分析，以期明确流化床低氮改造的技术关键。

1?研究对象简介

本文研究对象为四台300MW等级CFB锅炉，以下分别称为锅炉A、B、C、D。锅炉A、B为东方锅炉厂设计制造，其中锅炉B为超临界锅炉;锅炉C和D分别为上海锅炉厂和哈尔滨锅炉厂设计制造，其中锅炉C为超临界锅炉，锅炉D布置有外置床换热器，炉膛整体高度较低。四台锅炉均设计燃用烟煤，且大多掺烧煤泥。

四台锅炉代表了三大锅炉厂300MW级锅炉的主流技术，在运行中锅炉出力和蒸汽参数正常，灰渣含碳量相差不大。表1列出了各台锅炉的主要设计特点和运行实绩。

上述四台锅炉，除锅炉B为新机组，在锅炉设计阶段进行了低氮燃烧设计外，其余锅炉均进行了改造。锅炉A在运行中掺烧煤泥的量较大，煤的热值波动范围大，但床温控制很低，负荷降低时床温随着降低，低于200MW后，床温约800℃，因此，NOx生成浓度小;锅炉C经历过一次不成功的低氮改造，大量减少了锅炉一次风量，实测一次风率降低至36%，导致床温较高，脱硝前NOx浓度升高;锅炉D未经低氮改造，燃烧劣质烟煤并掺烧煤泥，对锅炉进行摸底试验表明，实际锅炉一次风率50%～55%，床温可控，但风帽磨损严重，布风均匀性较差，二次风口烧损和返料现象突出，旋风分离器效率偏低。

对于流化床锅炉来说，布风均匀性是基本要求，四台锅炉基本上实现了均匀布风的条件，锅炉D的风帽风孔磨损很均匀，说明一次风速也是均匀的。

由表1数据可知，影响流化床锅炉NOx生成的主要是床温和一次风率，而一次风率对床温有直接影响。锅炉A掺煤泥量大，床温很低，NOx浓度就低;锅炉C的一次风率过低，床温偏高，结果NOx的生成浓度也高。

2?各炉改造方案及效果

表2列出了四台锅炉低氮改造方案及配套脱硝改造主要内容。对于流化床锅炉来说，低氮燃烧改造必改的内容是布风板，同时旋风分离器是流化床区别于煤粉炉的主要部件，其效率高低对床温影响很大，一般也必须改造。锅炉A、B仅进行了选择性非催化还原（SNCR）改造，由于布风设计良好，一次风率控制适当，床温水平适中，因此，取得了很好的NOx控制效果，在没有选择性催化还原技术（SCR）改造甚至SNCR不投入的情况下，均可实现超低排放。

锅炉B采用了类似煤粉锅炉分离燃尽风的理念，设计了分级风，实际上是否是分级风起到了降低NOx的效果是有争议的。锅炉C对燃尽风系统有过改造，但并不成功，后拆除;陕北某电厂采用类似燃尽风改造方案，投运后效果不明显。二次风分级布置从流化床锅炉低氮燃烧原理来说，并不一定适用，且有影响物料传递的风险。从本次对比的锅炉A和锅炉B来看，同为东锅300MW容量锅炉，有和无二次风分级设计，从低氮效果来看无差别。

旋风分离器是CFB的关键设备，分离效率的高低决定了飞灰含碳量和炉效，因为返料经冷却降温，返料量的多少对调节床温效果显著，因此，CFB必须保持分离器的高效率。通行的做法是实测锅炉烟气量，核算分离器进口流速，满负荷分离器进口流速不低于25m/s，靶区做好防磨。锅炉D还将中心筒加长了500mm，使分离器效率得到提高。图1是分离器进口风道改造示意图。

锅炉C的布风板采用的是大床结构，风帽总数为2334个。大床结构的布风板较易形成布风不均的问题，一般通过不均匀风孔设计或部分风管节流的办法达到均匀布风的效果。锅炉改造整体更换了全部风帽，对于布风板边缘区的10孔风帽，更换为9孔风帽;其他区域的12孔风帽更换为10孔风帽。对于中部区域风量和风压相对集中的区域，采取了在风管下端增加φ30mm圆钢以