王娜，鄭曉東

（青島金海熱電有限公司，山東 青島 266000）

我國(guó)的發(fā)電行業(yè)以火力發(fā)電為主，火力發(fā)電的燃料主要是煤炭，煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，其中，氮氧化物（NOx）是燃煤電廠(chǎng)排放的主要污染物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃煤電廠(chǎng)NOx排放量占到全國(guó)排放總量的35%以上，是我國(guó)NOx排放的最大來(lái)源[1]。

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的迅速提高，各項(xiàng)環(huán)保法律法規(guī)相繼頒布實(shí)施，燃煤鍋爐NOx的排放控制越來(lái)越嚴(yán)格，因此高效低成本的NOx控制技術(shù)對(duì)滿(mǎn)足排放要求具有十分重要的意義。

燃煤鍋爐NOx控制技術(shù)分為燃燒調(diào)整和煙氣脫硝兩大類(lèi)。其中燃燒調(diào)整通常稱(chēng)為低氮燃燒技術(shù)，低氮燃燒技術(shù)是一種簡(jiǎn)單、高效、低成本的初級(jí)脫硝方法，可以從源頭控制NOx的生成，以減少后續(xù)NOx的排放。循環(huán)流化床鍋爐常用的低氮燃燒技術(shù)主要包括：低氧燃燒（低過(guò)量空氣燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)）、低氮燃燒器和適合低氮燃燒的爐膛設(shè)計(jì)等[2]。

1 NOx生成機(jī)理與循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行分析

1.1 NOx生成機(jī)理

燃燒過(guò)程中形成的NOx主要是NO和NO2，主要有以下三種生成途徑：1）熱力型NOx，空氣中的N2在高溫下氧化生成；2）燃料型NOx，燃料中的固定氮在燃燒過(guò)程中熱分解后又接著氧化生成；3）瞬時(shí)型NOx，由空氣中的N2和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)反應(yīng)生成[3]。其中，燃料型NOx的產(chǎn)生量最多，約占總生成量的60%以上；熱力型NOx的生成和燃燒溫度有很大的關(guān)系，在溫度足夠高時(shí)，其生成量可占總生成量的30 %；瞬時(shí)型NOx生成量很小。

1.2 循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行分析

循環(huán)流化床鍋爐NOx排放主要受煤質(zhì)條件、燃燒方式、運(yùn)行方式、一二次風(fēng)配比等多種因素影響。循環(huán)流化床低氮燃燒的關(guān)鍵在于燃燒過(guò)程中最佳燃燒溫度、一二次風(fēng)配比和二次風(fēng)分級(jí)布置等方面的協(xié)調(diào)。循環(huán)流化床鍋爐由于高濃度固體顆粒的阻擋作用，使流動(dòng)煙氣中的氧含量很難穿越到爐膛中央，形成了爐膛中央氧量缺乏、兩側(cè)爐墻附近氧量豐富的凹拋物線(xiàn)分布曲線(xiàn)。低氮爐內(nèi)的動(dòng)力場(chǎng)，要求爐內(nèi)的氧量分布盡可能均勻一致，以達(dá)到分級(jí)燃燒過(guò)程。因此，在合理的低氧條件下，如何實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)布風(fēng)合理以及二次風(fēng)的均勻穿透，是實(shí)現(xiàn)良好低氮燃燒的關(guān)鍵。

2 技術(shù)改造措施

該次改造的鍋爐是2005年由太原鍋爐廠(chǎng)制造，2011年安裝的循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐型號(hào)為T(mén)G-75/5.29-M15，鍋爐設(shè)計(jì)效率86.6 %，燃燒溫度 850℃～900℃。由于該鍋爐為早期設(shè)計(jì)的流化床產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮低氮燃燒，而目前燃用的煤種偏離設(shè)計(jì)煤種，含灰量偏低，揮發(fā)分偏高，分離器效率差，循環(huán)灰量嚴(yán)重不足，致使NOx排放濃度過(guò)高。主要原因?yàn)椋?）爐膛溫度過(guò)高；2）燃燒密相區(qū)氧含量過(guò)大；3）一二次配比不合理。針對(duì)以上問(wèn)題，該熱電公司于2014年和2016年兩次對(duì)鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒系統(tǒng)改造。

2.1 低氮燃燒初次改造

基于NOx的生成機(jī)理以及循環(huán)流化床鍋爐NOx排放濃度高的原因，該次改造針對(duì)爐膛燃燒密相區(qū)溫度高、氧含量大的缺點(diǎn)，采取以下措施降低燃燒密相區(qū)床溫和氧含量，從而降低NOx的生成。

2.1.1 增加煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

為了有效減小一次風(fēng)氧含量，又能夠滿(mǎn)足鍋爐一次風(fēng)流化風(fēng)量的需求，在引風(fēng)機(jī)的出口位置設(shè)置煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)，將鍋爐尾部10%～30%的低溫?zé)煔饣爻椴⒒烊胫伎諝庵?，與一次風(fēng)、二次風(fēng)混合后送入爐膛。這可有效降低一次風(fēng)的含氧量和爐膛溫度，在鍋爐密相區(qū)形成低氧燃燒的環(huán)境，降低了鍋爐密相區(qū)的燃燒份額，進(jìn)而降低熱力型NOx的生成。

2.1.2 二次風(fēng)系統(tǒng)改造

利用空氣的分級(jí)燃燒原理，對(duì)鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行重新布局，重新布置二次風(fēng)口位置和二次風(fēng)口數(shù)量。布風(fēng)系統(tǒng)由原來(lái)的三面布置二次風(fēng)（左右兩側(cè)墻布風(fēng)加后墻布風(fēng)）改為四面布風(fēng)，水平方向進(jìn)行分級(jí)；由原來(lái)的兩側(cè)墻各兩路、后墻三路布風(fēng)，改為兩側(cè)墻和前墻兩路、后墻三路布風(fēng)；將每路二次風(fēng)分為上、下二次風(fēng)，使二次風(fēng)的布局更均衡。改造后燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，降低了鍋爐密相區(qū)的燃燒速度和溫度，因而抑制了熱力型NOx的生成。在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)，通過(guò)改造加強(qiáng)二次風(fēng)對(duì)燃燒的擾動(dòng)，提高了鍋爐中、上部的燃燒份額，形成富氧燃燒區(qū)，彌補(bǔ)了密相區(qū)燃燒份額的降低。

通過(guò)增加煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)和對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)改造兩項(xiàng)措施，降低了鍋爐密相區(qū)的燃燒溫度和氧含量，從而抑制NOx的生成，達(dá)到了良好效果。

2.2 低氮燃燒系統(tǒng)升級(jí)改造

2016年，該熱電廠(chǎng)對(duì)低氮燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)改造。

2.2.1 控制燃煤顆粒度

原輸煤系統(tǒng)篩煤機(jī)存在使用時(shí)間較長(zhǎng)、設(shè)備老化，易造成鍋爐入爐煤粒徑偏大，不能滿(mǎn)足低氮燃燒的要求。通過(guò)檢修碎煤機(jī)，更換效率更高的篩煤機(jī)，調(diào)整碎煤機(jī)襯板間隙，保證鍋爐入口燃煤粒徑控制在8mm以下（至少在10mm以下），從燃煤環(huán)節(jié)控制入爐煤粒徑，以保證鍋爐在較低的一次風(fēng)率狀態(tài)下運(yùn)行。

2.2.2 改善一二次風(fēng)分配比

在控制燃煤顆粒徑的條件下，為有效減小鍋爐一次風(fēng)的含氧量，又滿(mǎn)足鍋爐一次風(fēng)的流化風(fēng)量需求，從引風(fēng)機(jī)出口擋板門(mén)后增設(shè)一臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，將引風(fēng)機(jī)出口經(jīng)除塵的潔凈煙氣通過(guò)加壓后，送入鍋爐一次風(fēng)機(jī)入口，充當(dāng)鍋爐一次風(fēng)。既有效降低了一次風(fēng)的含氧量，又滿(mǎn)足了鍋爐一次風(fēng)的流化風(fēng)量需求。

一次風(fēng)量降低后，鍋爐燃燒需要更大的二次風(fēng)量，而鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷情況下二次風(fēng)無(wú)余量，該次改造中對(duì)二次風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換，擴(kuò)大原有二次風(fēng)道，增加了二次風(fēng)量，提高二次風(fēng)的穿透力度，進(jìn)一步滿(mǎn)足了鍋爐空氣分級(jí)燃燒的需要。

2.2.3 改善風(fēng)帽氣流分布

鍋爐原設(shè)計(jì)的風(fēng)帽小、角度不合理，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部流化不充分，造成一次風(fēng)量大，過(guò)量空氣系數(shù)偏高。該次改造重新設(shè)計(jì)了風(fēng)帽的開(kāi)孔率，調(diào)整了安裝角度，并將原鍋爐的小鐘罩風(fēng)帽更換為大鐘罩風(fēng)帽，從而降低一次風(fēng)量，提高爐膛流化，降低了鍋爐密相區(qū)的燃燒份額，減少了NOx的生成。

2.2.4 其他改造措施

對(duì)分離器的中心筒進(jìn)行了縮頸、偏置、加長(zhǎng)，提高了煙氣流速和分離器效率，提高了循環(huán)物料量，在改善了鍋爐帶負(fù)荷能力的前提下有效降低了床溫。

隨著返料的增加，對(duì)返料器進(jìn)行了改造，將原返料風(fēng)分為返料風(fēng)和松動(dòng)風(fēng)，單獨(dú)進(jìn)行控制，同時(shí)加大返料風(fēng)機(jī)的型號(hào)，以滿(mǎn)足更大的返料量。

通過(guò)爐膛內(nèi)增加水冷屏和設(shè)置飛灰再循環(huán)系統(tǒng)的方式，提高了爐膛內(nèi)的吸熱量，降低了爐膛密相區(qū)及循環(huán)物料的溫度，將床溫由950℃～980℃降低至900℃～930℃，以達(dá)到低溫燃燒的目的。

3 低氮燃燒改造效果

3.1 鍋爐運(yùn)行精細(xì)化調(diào)整

為達(dá)到最佳低氮燃燒效果并保證鍋爐出力和運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)要求，因此鍋爐的精細(xì)化調(diào)整十分重要。根據(jù)鍋爐運(yùn)行參數(shù)調(diào)整二次風(fēng)上下層、左右側(cè)風(fēng)量和煙氣再循環(huán)風(fēng)量，確保鍋爐燃燒正常；控制床溫和鍋爐含氧量，使床溫和整個(gè)爐內(nèi)的物料溫度處于890℃～920℃的最佳溫度內(nèi)，達(dá)到降低NOx生成的目的。

煤種是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行方式調(diào)整的關(guān)鍵，必須控制煤的顆粒度、揮發(fā)分、含氮量等各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)煤種變化，對(duì)煙氣再循環(huán)二次風(fēng)上下層、二次風(fēng)左右側(cè)的風(fēng)量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

3.2 改造后鍋爐的運(yùn)行效果

該公司在2014年完成初次低氮燃燒改造，并于當(dāng)年的供熱季即投入低氮燃燒系統(tǒng)，鍋爐原始NOx由400～450mg/Nm3降至＜200mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)氨水零消耗情況下的NOx達(dá)標(biāo)排放。為保留適當(dāng)?shù)呐欧庞嗔?，在投入低氮燃燒系統(tǒng)+SNCR脫硝系統(tǒng)的情況下，控制NOx排放濃度在150～180mg/m3，噸標(biāo)煤氨水消耗量約9.21kg。從表1可以看出，經(jīng)過(guò)一個(gè)供熱季的調(diào)整，在2015～2016年的供熱季，氨水耗量較上年度的供熱季明顯降低，噸標(biāo)煤氨水耗量由原9.21kg/t下降至7.79kg/t。

表1 低氮燃燒改造后氨水消耗量比較

該廠(chǎng)完成低氮燃燒升級(jí)改造后，在2016～2017年供熱季投運(yùn)。氨水消耗量較上個(gè)供熱季明顯下降，與2015～2016年供熱季相比，噸標(biāo)煤氨水耗量同比降低43.9%。2017～2018年供熱季，在NOx排放標(biāo)準(zhǔn)降低的情況下，氨水消耗量降至3.30kg/t，與2014年剛完成低氮燃燒改造時(shí)降低了64%。

2016年，該廠(chǎng)完成低氮燃燒改造后，降低了鍋爐出口NOx的排放濃度，且鍋爐出力、排煙溫度等指標(biāo)均優(yōu)于改造前的水平。如表2所示，改造前，鍋爐NOx的排放濃度為400～450mg/Nm3，改造后鍋爐出口排放濃度為120～130mg/Nm3，NOx排放濃度約降低了70%，從燃燒環(huán)節(jié)降低了NOx的生成，實(shí)現(xiàn)了NOx的前端控制、源頭控制，有效降低了后續(xù)脫硝設(shè)備的脫硝壓力和運(yùn)行費(fèi)用。通過(guò)低氮燃燒改造，使床溫由950℃～980℃降低至900℃～930℃，同時(shí)改造也間接提高了鍋爐帶負(fù)荷能力，改造前由于床溫高、蒸汽溫度高、二次風(fēng)不足等原因，鍋爐負(fù)荷最高只能到71～73t/h，通過(guò)增加水冷屏、改造分離器等措施，鍋爐負(fù)荷可穩(wěn)定達(dá)到75t/h。

表2 改造前后鍋爐運(yùn)行狀況對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

（1）青島某公司2臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐兩次改造，通過(guò)增加煙氣再循環(huán)系統(tǒng)、一二次風(fēng)系統(tǒng)改造、分離器的中心筒改造等措施，使鍋爐各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期要求，實(shí)現(xiàn)了低氮燃燒改造的目的。

（2）改造間接提高了鍋爐帶負(fù)荷能力，改造前由于床溫高、蒸汽溫度高、二次風(fēng)不足等原因，鍋爐負(fù)荷最高只能到71～73t/h，通過(guò)增加水冷屏、改造分離器等措施，使床溫由950℃～980℃降低至900℃～930℃，同時(shí)鍋爐負(fù)荷可以穩(wěn)定達(dá)到75t/h。

（3）鍋爐的日常檢修維護(hù)和司爐的操作在脫硝運(yùn)行中非常重要，通過(guò)每年的預(yù)熱器、煙道、除塵器、脫硫塔查漏及各部位人孔門(mén)的密封，有效降低了漏風(fēng)系數(shù)。同時(shí)，司爐運(yùn)行人員在日常操作中對(duì)鍋爐氧量的控制也起到了至關(guān)重要的作用。在供熱季，該廠(chǎng)的煙囪處的氧量一直控制在7%～8%，也有效降低了NOx的排放濃度。