CFB锅炉的低氮燃烧技术改造研究
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作者:洪卫林
摘 要：随着国家环保建设力度的不断加大，对氮氧化物的排放要求也越来越严格。虽然CFB锅炉具有低氮燃烧的特性，但是在实施污染物超低排放的今天，仍需要进行相应的技术改造，以实现更好的环保目标。本文基于CFB锅炉中氮氧化物的产生机理。介绍了CFB锅炉的低氮燃烧技术改造方案，从而达到降低氮氧化物排放量的目的。
关键词：CFB锅炉;低氮燃烧;产生机理;技术改造
CFB锅炉是我国近20年发展应用的一种新型燃烧技术，其在燃烧过程中可以多次低温燃烧并循环使用脱硫剂进行脱硫反应，最终脱硫效率可达到90%左右，燃烧效率也可以接近于传统的煤粉炉。随着环保形势越来越严峻，CFB锅炉的氮氧化物化物排放量自2004年7月初开始执行《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011），即氮氧化物化物排放量<200mg·m-3。虽然CFB锅炉在低氮燃烧方面已经明显优于传统煤粉锅炉，但是与国家标准仍然有一定的差距。因此，如何在发挥CFB锅炉自身优势的同时完成低氮燃烧改造是目前企业的重要工作之一。
一、燃煤锅炉氮氧化物的产生机理
锅炉内煤燃烧产生的氮氧化物主要是指一氧化氮和二氧化氮，还会有少量的氧化二氮。燃煤锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物分为三种：一是空气中的氮气在高温下氧化形成的热力型氮氧化物，一般占氮氧化物总量的20%左右;二是燃煤中氮化物受热分解的N、HCN和CN等中间产物继续氧化生成的氮氧化物以及剩余的氮在焦炭燃烧中氧化形成的氮氧化物，这类氮氧化物成为燃料型氮氧化物;三是燃煤燃烧过程中空气中的氮与煤中的CH离子团发生反应生成的氮氧化物。[1]
CFB锅炉中，氮元素在氧化气氛中不断被氧化生成氮氧化物，在还原性气氛中氮氧化物也会不断被还原为氮气。所以，所有影响氧化还原反应的因素都会影响到CFB锅炉中氮氧化物的浓度，其中最主要的有以下四个方面：
（一）过量空气系数
热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物的生成可以通过限制锅炉内的氧浓度进行一定程度的控制，具体限制方法是采用一次风与二次风分级配风，随着一次风风量的逐渐减少，二次风在一定距离送入锅炉，在风量分配达到一定数值的情况下，氮氧化物的排放量达到最低。这种方法可以是CFB锅炉内氮氧化物的排放量降低15%～20%，但是锅炉内一氧化碳浓度会有所增加，燃料燃烧效率下降。[3]
（二）燃料特性
CFB锅炉内，在通常的燃煤燃烧温度下，生成的燃料型氮氧化物中60%～80%来自燃煤中氮有机物受热分解挥发出的挥发份N，20%～40%来自残留在焦炭中的氮化合物发生氧化反应二而生成的。
（三）燃烧温度
通过降低CFB锅炉内的燃烧温度可以明显降低氮氧化物的排放量。但是需要注意的是，锅炉内温度降低会导致炉内一氧化碳和氧化二氮的排放量增加。
（四）CFB锅炉中脱硫剂的使用
脱硫剂的使用主要是为了降低燃烧过程中二氧化硫的排放量，但是其中包含的CaO与CaS等催化剂对锅炉内的氮氧化物排放也会产生很大的影响。
二、CFB锅炉的低氮燃烧技术方案
（一）改造二次风喷口
CFB锅炉燃烧生成的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物，但是如果炉内氧气含量不均衡，就会导致炉内局部氧气浓度偏高，增加热力型氮氧化物的生成。可以通过改造二次风喷口，控制锅炉内的空气均匀分级燃烧，消除炉内燃烧的高温峰值的同时也可以很好的解决炉内中心区域燃烧缺氧的问题。提高二次风喷口的高度，降低富氧区的氧气密度，降低一次风的配风比例，创造炉内最佳的氧化还原反应气氛，在碳氢的催化作用下促进燃料中含硫物质分解并与烟气中的CaO反应生成固态的CaS，提高CFB锅炉的脱硫效率。同时，提高二次风喷口高度后，炉内过量空气系数降低，也有效降低了氮氧化物的生成。[2]
（二）应用烟气再循环技术
烟气再循环技术主要是指将从引风机引出的烟气在出口处通过风机再次引入锅炉的炉膛密相区，其技术核心就是利用循环利用的烟气中氧气浓度低，可以有效抑制炉内燃烧过程中氮氧化物的生成。[3]一次风的配风量降低会使得对流换热区的热交换减弱，循环使用的烟气可以很好的解决这个问题，同时，循环回密相区的烟气与二次配风结合，可以合理的构建锅炉内燃烧物料的流态化，增加对燃烧颗粒的扰动，发生深度还原反应，降低氮氧化物的产生。
烟气再循环技术中，要严格准确的选择再循环分级的型号和再循环烟道的调节挡板，根据CFB锅炉的燃烧运行情况合理设计不同负荷情况下再循环的烟气进入炉膛内的压力、流量、速度等指标。通烟气再循环技术的合理应用，同时结合CFB锅炉的尾部脱硝技术，可以有效降低氮氧化物的产生和脱硝剂的使用量，具有良好的绿色环保效果。
（三）提高分离器效率
通过提高CFB锅炉分离器的分离效率，增加锅炉返料量，可以明显增加燃料中细颗粒的比例。CFB锅炉中燃料粒径在氮氧化物的产生方面有很大的影响：首先，粒径越小的燃料颗粒燃烧速度越快，氧气消耗的速度也就越快，炉内一氧化碳快速生成进而加强还原性气氛，抑制了锅炉内氮氧化物的生成。其次，粒径小的燃烧颗粒表面积大，炉内热传导增强，温度与热量分配更加均匀合理，避免了因局部高温而产生热力型氮氧化物的可能。[2]综上所述，提高CFB锅炉的分离器效率，可以平衡炉内温度，促进焦炭的生成，加强对氮氧化物的还原，有效抑制氮氧化物的生成。
三、结语
随着人类社会经济和科学技术的发展，环保形势也逐渐严峻起来，氮氧化物的排放逐渐引起了人们的重视，企业必须重视提高环保意识，增强自身治污能力。虽然CFB锅炉已经具有低氮燃烧技术，但其在新的国家标准下仍然需要进一步优化改造，本文在CFB锅炉特有的技术优势基础上所论述的几种方法，均已实践中取得了明显的效果，对CFB锅炉的低氮燃烧改造具有重要的意义。
参考文献：
[1]周洋，李曈，郭思鹏，张政.循环流化床锅炉低NOX燃烧环保改造[J].环境工程学报，2018，12（11）：3281-3288.
[2]张俊，杨巨生.循环流化床鍋炉NOX超低排放改造[J].科技风，2018（01）：144.
[3]牛保军.循环流化床锅炉氮氧化物超低排放技术探讨[A].中国节能协会热电产业联盟、西安热工研究院有限公司.2016火电厂污染物净化与节能技术研讨会论文集[C].中国节能协会热电产业联盟、
西安热工研究院有限公司：北京中能联创信息咨询有限公司，2016：7.
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