陸富敏

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 百色 533000）

循環(huán)流化床鍋爐和普通鍋爐相比，具有良好爐內(nèi)脫硫抑氮性能，被廣泛應(yīng)用在放電中。近年來，我國環(huán)境保護(hù)形式愈發(fā)嚴(yán)峻，對污染氣體的排放提出更高的要求。循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中，僅憑爐內(nèi)低氮燃燒很難滿足NOx超低排放的要求，需要深入研究NOx的生成機(jī)理、影響因素、排放控制措施等，才能降低NOx污染排放量，緩減環(huán)境污染的壓力?；诖耍_展循環(huán)流化床鍋爐中NOx的生成機(jī)理與排放控制的研究就顯得尤為必要。

1 循環(huán)流化床鍋爐工作原理

循環(huán)流化床鍋爐是一種基于循環(huán)流態(tài)化的原理組織煤燃燒設(shè)備，主要特征是可攜帶大量高溫固體顆粒物的循環(huán)燃耗，在具體運(yùn)行中，固體顆粒充滿著整個爐膛。和傳統(tǒng)的煤粉灰爐相比，顆粒在循環(huán)流化床鍋爐燃燒室中的濃度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤粉爐，而且顆粒和氣體之間的相對速度比較大。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒和煙風(fēng)流程示意圖如圖1 所示。

圖1 循環(huán)流化床鍋的燃燒和煙風(fēng)流程示意圖

從圖1 中可以看出，預(yù)熱之后的一次風(fēng)，經(jīng)過風(fēng)室由爐膛底部進(jìn)入布風(fēng)板送入，促使?fàn)t膛中的物料時刻處于快速流化狀態(tài)，燃料在充滿整個爐膛的惰件床料中進(jìn)行燃燒，一些比較粒徑小，質(zhì)量輕的顆粒在氣流的作用下飛出爐膛，再通過分離裝置進(jìn)行收集，最后被排出鍋爐。

2 循環(huán)流化床鍋爐中NOx的生成機(jī)理

目前我國發(fā)電廠絕大多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)都沒有達(dá)到直接排放需求，而且煙氣脫硝技術(shù)去除NOx的能力有限的，因此，循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保優(yōu)勢已經(jīng)不再明顯?；诖朔N情況，研究如何充分發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢，在使用過程中，通過一系列行之有效的措施和技術(shù)手段來降低NOx 的排放就顯得尤為必要。為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要立足環(huán)保政策，堅持運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的原則，來降低循環(huán)流化床鍋爐NOx的排放量，以實現(xiàn)超低排放。循環(huán)流化床鍋爐中燃燒的主要原料是煤，但煤在燃燒過程中，會形成大量的NOx，主要是NO 和NO2，還有少量的N2O。煤炭在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒時，NOx的生成量及排放量和煤炭燃燒的方式密切相關(guān)，尤其是和燃燒溫度、過量空氣系數(shù)的等燃燒條件的關(guān)系最為密切。循環(huán)流化床鍋爐中生成NOx的主要途徑有三種，包括：熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx。

熱力形NOx的生成機(jī)理為：空氣中的氮?dú)庠谘h(huán)流化床鍋爐高溫下發(fā)生氧化，從而形成NOx，如果循環(huán)流化床鍋爐中的溫度足夠高，此種NOx的占比可達(dá)到20%左右。

燃料型NOx的生成機(jī)理為：煤炭中含有大量的氮化合物，在高溫、高壓的作用系，會發(fā)生熱分解，在被氧化之后，就會形成NOx，此種NOx的占比在60%～80%之間[1]。

快速型NOx的生成機(jī)理為：煤炭在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒時，空氣中的氮和染料中的碳?xì)潆x子團(tuán)，如CH等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成NOx。

3 影響循環(huán)流化床鍋爐中NOx生成量的主要因素

通過上述分析可知，循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中NOx的生成來源于兩個方面，其一氮在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒會不斷被氧化成NOx。其二是還原性氣體中的NOx同樣會被不斷還原生成氮?dú)?。所以，影響氧化、還原反應(yīng)的各項因素，都會影響NOx的生成量和濃度。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 燃料的特性

循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中，NOx的主要來自于燃料中的氮。因此，燃料中氮的含量越高，則經(jīng)過高溫燃燒之后，釋放出來的NOx也就越多。

3.2 過量空氣系數(shù)

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，如果風(fēng)沒有分級，則降低過量空氣系數(shù)，會在一定程度上限制反應(yīng)區(qū)的氧濃度。這一點對熱力型NOx和燃料型NOx的生成量都有很強(qiáng)的開展作用。通過控制過量空氣系數(shù)，可降低循環(huán)流化床鍋爐中NOx排放量15%～20%，但此時一氧化碳的濃度會顯著增加，燃燒效率會大幅度降低。

大量研究表明，在循環(huán)流化床鍋爐中采用分級送風(fēng)方法，可將三分之一的燃燒空氣作為二次風(fēng)送入密相區(qū)域上方一定的距離，則可以NOx的排放量控制到最低水平。當(dāng)然這是視循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)來確定，不同結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床鍋爐，會導(dǎo)致最佳的一次和二次風(fēng)配比在此范圍中發(fā)生一定的變化。

3.3 燃燒溫度

燃燒溫度對循環(huán)流化床鍋爐NOx的排放量也有較大影響，隨著循環(huán)流化床鍋爐中燃燒溫度的不斷提升，NOx的排放量也會隨之增加。按照此種關(guān)系，通過降低床溫，就可以有效控制NOx的排放量。但床溫降低會對循環(huán)流化床鍋爐造成較大的不利影響，主要體現(xiàn)子啊兩個方面，其一是會都在循環(huán)流化床鍋爐中一氧化碳濃度增加，不完全燃燒損失量增加，降低燃燒效率；其二是會增加N2O 的分解難度，增加N2O 的排放量，不滿足環(huán)保的要求[2]。

3.4 脫硫劑

脫硫劑也是影響循環(huán)流化床鍋爐NOx生成量的主要因素，循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，常用的脫硫劑是石灰石，主要作用是降低煤炭燃燒室二氧化硫的排放量，同時NOx的排放量會隨之增加，脫硫劑對循環(huán)流化床鍋爐中NOx生成量的影響主要體現(xiàn)在兩個方面，其一是富余的石灰石能夠作為強(qiáng)催化劑，來強(qiáng)化燃料中氮的氧化速度，增加NO 的生產(chǎn)速度。其二富余的石灰石還能和CaS 作為催化劑強(qiáng)化一氧化碳和一氧化氮的反應(yīng)過程。多數(shù)情況下，石灰石對燃料氮氧化合物生產(chǎn)NO 的貢獻(xiàn)大于還原性氣體還原NO 的貢獻(xiàn)，這一也是導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中NOx排放量增加的主要原因。

4 循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中控制NOx的主要措施

在生態(tài)環(huán)保理念不斷深入人心的背景下，國家對各行各業(yè)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，如何行之有效的降低企業(yè)生產(chǎn)中污染氣體的排放量已經(jīng)迫在眉睫，針對影響NOx生成的不同因素，循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中，可通過一些措施加以控制[3]。

4.1 選擇科學(xué)合理的床溫

循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中，合理降低床溫度，不但可以大幅度降低NOx的排放水平，而且還便于煙氣脫硫。但如果過大的降低床溫，雖然可以降低NOx的排放量，但會導(dǎo)致N2O 的排放量增加，而要求CO 的濃度也會隨之增加。影響循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率。因此，選擇床溫時，要綜合考慮多個方面，床溫控制在900℃～950℃之間效果最佳。

4.2 實現(xiàn)煙氣再循環(huán)

煙氣再循環(huán)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到循環(huán)流化床鍋爐中，主要機(jī)理是將引風(fēng)機(jī)后部分煙氣引入爐膛再次參與燃燒，促使煙氣在循環(huán)流化床鍋爐中能夠被第二次利用，通過惰性氣體，先帶走一部分熱量，并降低循環(huán)流化床鍋爐中的氧氣濃度，以控制火焰溫度，降低燃燒速度，燃燒速度越低，NOx的生成量也就越低。隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煙氣再循環(huán)技術(shù)比較先進(jìn)和成熟，回收利用率也比較高，每回收20%左右的煙氣。NOx的排放量可減少25%～30%。但循環(huán)流化床鍋爐的特性決定了，當(dāng)煙氣回收率超過25%時會降低煙氣排放量，實際煙氣中的NOx排放量并沒有超標(biāo)，但在環(huán)保檢測中，由于折標(biāo)煙氣量減少會造成單位濃度增加，也是導(dǎo)致NOx檢測值頻繁超標(biāo)的主要原因之一。因此，需要合理控制煙氣再循環(huán)量。

4.3 選擇性催化還原法

目前在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，選擇的還原劑多為20%濃度的氨水，在改造SCR 系統(tǒng)中，對NOx發(fā)生還原反應(yīng)，而不是和其他氣體發(fā)生反應(yīng)的還原劑來生產(chǎn)氮?dú)?。因此，在日?？刂乒芾碇?，比較注重霧化風(fēng)量、氨水蒸發(fā)器溫度、按逃逸范圍等。通過嚴(yán)格控制氨水泵頻率調(diào)節(jié)可調(diào)整NOx的排放數(shù)值，保證循環(huán)流化床鍋爐排放的NOx水平，達(dá)到環(huán)保要求的程度和標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 燃料分級燃燒

雖然目前很多循環(huán)流化床鍋爐都可以實現(xiàn)分級燃燒，但效果不是非常理想，因為，雖然分級燃燒可以開展NOx的排放量，但需要掌握循環(huán)流化床鍋爐燃燒環(huán)境的特征情況，來提升燃燒效率，降低NOx的排放量。燃料分級燃燒的主要機(jī)理是氮氧化合物的化學(xué)特征。比如：NOx和烴基再加上CO、氫氣、碳等，在特殊條件下，可生成氮?dú)?。就循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特性而言，主床可以作為一級燃燒區(qū)，導(dǎo)入大部分燃料，在充分燃燒時形成NOx，但受到煙氣流速較低的影響，仍然會有循環(huán)物料將剩下的少量燃料導(dǎo)入前后副床，可作為二級燃燒區(qū)，在不充分燃燒的情況下，可生成還原能力比較強(qiáng)的氣體。再將這兩股氣體混合促使二者充分反應(yīng)形成氮?dú)猓纱蠓忍嵘?，一次反?yīng)可將NOx的排放量降低50%左右，反應(yīng)完成后還能起到良好的反饋作用，以抑制氮氧化合物生成。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，分析了循環(huán)流化床鍋爐中NOx的生成機(jī)理與排放控制，分析結(jié)果表明，循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中，會受到很多因素的影響，生成大量的NOx，污染空氣。為響應(yīng)國家提倡的綠色、環(huán)保政策。企業(yè)在使用循環(huán)流化床鍋爐時，需要結(jié)合其特征結(jié)構(gòu)，從選擇科學(xué)合理的床溫、實現(xiàn)煙氣再循環(huán)、選擇性催化還原法、燃料分級燃燒等方面同時入手，可降低NOx排放水平，達(dá)到國家環(huán)境監(jiān)測排放的標(biāo)準(zhǔn)。