循环流化床锅炉NOx超低排放改造

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  • 更新时间2018-05-21
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  摘要:在环保压力日益增大的今天,火电厂污染物排放成为环保部门重点监测的对象。环保排放指标日趋严格,相应的新环保工艺,减少污染物排放的先进技术在今天尤其重要。循环流化床锅炉作为燃料适应性广,节能,环保的新型燃烧设备被广泛应用。本文介绍了循环流化床锅炉的低氮燃烧技术改造,从燃烧技术角度根本上减少NOx的产生,从而达到降低污染物排放的目的。


  关键词:还原性气氛;分离器;烟气再循环


  在化石能源的利用中,矿物燃料的燃烧排放出大量污染物。我国每年排入大气中的87%的SO2,68%的NOx和60%的粉尘均来自于煤的直接燃烧。因此,文明用能、合理用能,发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术,降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。循环流化床锅炉是最近20年里发展起来的一种新型燃烧技术,其主要特点是燃料及脱硫剂经多次循环、反复进行低温燃烧和脱硫反应,炉内湍流运动强烈。它不但能达到90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率,而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点。


  目前循环流化床技术经过几十年的发展,在燃烧控制,炉内脱硫,低氮燃烧技术上有了很大的改进。


  一、燃煤锅炉NOx的产生机理


  煤燃烧过程中产生的NOx主要是NO和二氧化氮,这两者统称为NOx,此外还有少量的氧化二氮。


  在煤燃烧过程中NOx的生成量和排放量与煤的燃烧方式有关,特别是燃烧温度和空气过量系数等燃烧条件关系密切,在煤燃烧过程中,生成的NOx途径有:


  (1)热力型NOx,它是空气中氮气在高温下氧化而成的,温度足够高时,可占20%。


  (2)燃料型NOx,它是燃料中含有的氮化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的。在燃烧过程中,一部分含氮的有机化合物挥发并受热裂解生成N、CN、HCN和NHi等中间产物,随后再氧化生成NOx,另一部分焦炭中的剩余氮在焦炭燃烧过程中被氧化成NOx,因此燃料型NOx又分为挥发分NOx和焦炭NOx。


  实验表明,在通常的燃烧条件下,燃煤锅炉中大约只有20%-25%的燃料氮转化为NOx,而且受燃烧过程空气量影响很大,常用过量空气系数来表示,燃烧过程空气量的多少,一般定义在化学当量比下的过量空气系数为1,大于1表示空气过量,小于1表示空气量不足,当过量空气系数为0.7时,燃料型NOx的生成量接近于零,然后随过量空气系数的增加而增加。同时进一步研究表明,焦炭氮向NOx的转化率很低,大多数燃料型NOx属于挥发分NOx,以上知识对研究和开发燃料型NOx有重要帮助。


  (3)快速型,它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx,在循环流化床锅炉中,一方面,氮在燃烧过程中被不断氧化生成NOx,另一方面在还原性气氛中NOx也会被不断还原生成N2,因此,影响氧化、还原反应的所有因素都将影响到NOx的浓度。


  二、低氮燃烧改造方案


  (一)提高二次风喷口,降低密相区氧气含量


  在密相区位置,燃料颗粒进入炉膛后开始升温着火。将二次风喷口位置提高,可以降低密相区含氧量,同时减少一次风的比例,使密相区处于还原性气氛。过量空气系数降低,可以有效抑制NOx的产生。未完全燃烧的燃料经运动至稀相区后,二次风补充所需氧量,继续燃烧,该位置温度降低,NOx的产生条件也受到限制。


  (二)提高分离器效率


  实验表明,循环流化床锅炉燃料粒径对NOx的产生也有较大的影响。细颗粒可以加强炉膛内的传热,使炉膛内燃烧热量分配更趋合理,保证炉膛温度场分配均匀,避免密相区出现局部超温。物料越细,燃燒速率越高,氧气加速消耗,利于一氧化碳的生成,碳粒表面还原性气氛增强,抑制NOx的生成。细颗粒表面积增大,焦炭对NOx的还原能力增强。


  因此,通过对循环流化床锅炉分离进行改造,相应提高其分离效率,返料量增加,物料中较细颗粒比例增加,循环灰的浓度同时也增加,可以有效的控制NOx的产生。


  (三)烟气再循环技术


  将引风机出口烟气通过风机引至炉膛密相区,由于该部位烟气含氧量较低,且经过电除尘除尘,粉尘浓度较低。进入炉膛后可以降低含氧浓度,抑制NOx的产生。同时也可以补充因降低一次风量,对流换热区域因烟气量少对流换热减弱的问题。


  同时再循环烟气进入锅炉燃烧密相区,增强了对燃烧颗粒的扰动,有助于一次燃烧的快速反应。


  但烟气进入炉膛时的压力、流速及风量需根据锅炉燃烧工况进行合理设计,以适应不同负荷,不同工况下的烟气量。设计中需对再循环风机准确选型,再循环烟道装设调节挡板,用于调节再循环烟气量。


  通过以上改造方法,可以有效降低NOx的排放量,同时再结合尾部脱硝技术,即可达到现行国家要求的超低排放标准。通过改造可以有效减少尾部脱硝装置脱硝剂的使用,降低环保运行成本。


  三、结论


  综上所论述的几种方法,在实践应用中其效果也已得到了验证,氮氧化物减排效果明显。在环保压力日益加大的今天,为适应环保政策,企业必将投入更多的资本提高治污能力,减少污染物排放。否则将承担高额的环保处罚。


  对于循环流化床锅炉,通过对锅炉本身的改造,实现氮氧化物的超低排放,不单可以满足环保指标。同时对锅炉本身改造的费用远小于尾气治理设施的投资费用,为企业减少负担。另外,从源头治理污染,相对于尾气治理方案,减少了治理过程中各类材料、消耗品的投入,可以减少大量的运行成本。同时可以提高锅炉燃烧效率,提高经济性,降低锅炉运行成本。


  因此,锅炉氮氧化物超低排放改造技术是针对循环流化床锅炉特有的技术优势,同时也是切实可行有效的环保改造方案。


  参考文献: 

  [1]李灵灵.循环流化床锅炉低氮燃烧研究与应用[J].科技创新导报,2014,11(9):11. 

  [2]黑君.循环流化床锅炉低氮燃烧改造[J].科技创新与应用,2016(34). 

  [3]潘少冰,李桂琼.“低氮燃烧技术+SNCR”在循环流化床燃煤锅炉上的应用[J].广东化工,2016, 43(02):88. 

    作者:张俊等