循环流化床锅炉低氮改造调试与分析

摘要：循环流化床锅炉（CFB）是一种较为环保的炉型，随着环保要求的日趋严格，单纯的通过燃烧调整已经无法达到排放要求，对CFB进行低氮改造已经势在必行。文章结合工程实例，对CFB低氮改造技术进行探讨并提出相关的建议。

1、引言

作为低温燃烧方式的CFB炉型已成为我国火电厂行业的主要炉型之一，其装机容量超过75000MW，具有良好的炉内降氮和脱硫功效。目前大部分新建中小循环流化床锅炉可以将NOx排放值控制在200mg/Nm3(本文中mg/Nm3均为干基，标态，6%氧量)以下，但是早期的循环流化床锅炉由于各种原因均存在着NOx排放过高的问题，许多已经达到400mg/Nm3以上。，在当前严峻的氮氧化物排放标准限值下，特别是重点地区要求排放控制在100mg/Nm3以内，此时单纯采用SNCR工艺并不能达到要求。基于这种情况，为了保证NOx达标排放，同时出于改善锅炉性能、降低脱硝装置的投运成本等目的，对锅炉进行低氮改造就显得很有必要。

本文简介了CFB普遍存在的问题以及低氮改造的几种途径，并结合我公司在内蒙三维煤化3×75t循环流化床锅炉的改造实例，对现行CFB低氮改造技术进行探讨并提出相关建议。

2、锅炉现状

内蒙古三维煤化科技有限公司现有75t/h循环流化床锅炉3台，锅炉总排口NOx初始排放值为450mg/Nm3。为响应国家环保要求，降低初始排放至100mg/Nm3以下，并保证原锅炉额定运行参数不变，现需对锅炉烟气进行相应的处理。

该项目3台75t/hCFB锅炉，于2005年投运，经过长时间运行，锅炉存在如下一些问题：

1、床温高

该炉型在设计当初为了追求较高的燃烧效率，故采用高床温的燃烧方式，炉床面积和炉膛体积都较小。这种设计虽然提高了燃烧效率，但也带来了NOx排放高，锅炉安全稳定性差等问题。长期运行后，锅炉的布风系统风帽磨损引起布风不均匀，导致局部富氧及局部高温；分离返料系统等因磨损或变形严重引起分离效率下降、返料不畅，进一步加剧了高排放，带负荷难等问题。目前锅炉在65t/h负荷时床温达到1000℃以上，分离器内烟气温度也超过1000℃，直接导致后续SNCR脱硝效率低、低氮改造难度大。

2、一、二次风配比不合理

对于CFB机组，设法降低一次风率、提高二次风率，都不失为增进分级送风的好方法，既可以强化氧化区燃尽和还原区低氧分段燃烧效果，也抑制温度及温差水平，达到低氮与高效燃烧的过程统一。

但许多较早的CFB炉型二次风布置，都是为了提高燃烧效率，按“充分扰动、充分接触”的原理进行设计。并没有处理好射流穿透、配风均匀性、风煤比局部均衡和合理制造还原氧化区分布这几方面的协调关系，从而导致燃烧效率较高，但NOx排放也过高的问题。

3、分离器效率低

本锅炉采用绝热式旋风分离器，长期运行后，由于中心筒变形、分离器烟道磨损等原因，导致分离效率大幅下降。判断分离效率的办法常用两种：一种是通过分析除尘器捕足的灰的颗粒度来分析，良好的分离器平均灰粒径d50应该在30微米以下；另一种办法是通过炉膛内的差压来判断分离效果，分离效果良好的该型锅炉炉膛差压应该在500-1500Pa之间，但现场中控显示本锅炉炉膛差压只有200Pa左右。

分离效率低将会引起许多问题，一是引起循环倍率下降，燃料不完全燃烧损失加大；二是物料对炉床的冷却效果降低，床温偏高；三是物料浓度低，炉膛内换热减弱，锅炉带负荷能力下降。

针对以上问题，现行的CFB低氮改造的手段主要有：

1、烟气再循环系统；2、二次风改造系统；3、分离器中心筒改造；4、布风板改造；5、增设水冷屏等。

在实际的工程应用中，可以根据不同的炉型炉况以及NOx脱除要求，合理的选择改造方式和程度。

3、方案分析

经过前期的资料收集以及现场勘探，参考SNCR在75t/h循环流化床锅炉上的效率一般在40%-70%，即使以最高效率70%计算，也无法保证NOx控制在100mg/Nm3以下，故在采用SNCR工艺的同时还须对锅炉进行低氮改造，才能保证排放浓度达标。

此项目烟气脱硝以SNCR为主，低氮改造为辅，故锅炉改造量并不是很多，主要包含两部分：烟气再循环系统和二次风改造系统。

3.1烟气再循环系统

烟气再循环工艺就是从引风机出口引一路烟气送至锅炉一次风机入口，由于烟气中的氧含量已经远低于正常空气中的氧含量，这样在有效的减小了一次风含氧量的同时，也保证了锅炉一次风流化风量需求。

再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比，称为烟气再循环率。烟气再循环率一般控制在10-20%。当采用更高的烟气再循环率时，燃烧会不稳定，未完全燃烧热损失会增加。

3.2二次风改造

二次风改造：锅炉原二次风设计为前、后、左右侧墙都有布置，高度方向分三层布置。考虑到左右侧墙距离较宽，二次风的穿透能力大大减弱，因此本次改造将取消侧墙二次风管，所有风管布置在前后墙，并适当抬高二次风喷口的标高，高度方向上形成燃烧分级。

给煤管改造：循环流化床锅炉的NOx原始排放主要源自燃煤，属于燃料型NOx，因此设计原则是让煤在炉膛下部进行负氧燃烧，并尽可能让进入炉膛的煤晚点接触氧气。原锅炉结构中给煤点较高，本次改造在将二次风抬高的同时，也适当降低了给煤点。

4、调试与分析

由于单台炉原始排放浓度并无准确数值，参考总排口数值以及后安装的CEMS的读数，并经过相应的计算，得出1、2#炉初始排放在400mg/Nm3左右，3#炉初始排放为500mg/Nm3左右，运行通过燃烧调整（控制O2），均可保证初始浓度在400mg/Nm3左右。

调试情况大致如下（以3#炉为例）：

二次风部分调试：

主要是通过调整其一、二次风配比以及上、下层二次风风门的开度来实现，由于其锅炉长期处于高床温状态运行（最高可达1040℃），加之原一、二次风机余量有限，高负荷时基本都处于满负荷运行状态，调节手段裕度有限，只能在保证床温的前提下尽量加大上层二次风，减少小二次风。经反复调试，最终二次风改造后总排口NOx浓度较改造前降低60mg/Nm3左右，NOx减排约15%。

烟气再循环部分调试：

主要以控制再循环风机的变频为主，以找出最小的热效率损失下最合适的烟气的回送量。经过调试，得出风机变频在30%-50%时可达到较为理想的低氮效果，能大幅降低NOx排放，结合二次风改造，可将NOx可控制在300mg/Nm3以下。

通过调试我们也发现，由于锅炉是个完整的系统，没有数值的比对是处在绝对的环境中，锅炉低氮改造后对NOx的控制远比数值上体现出来的要明显，结合SNCR完全可以保证NOx排放在100mg/Nm3以下，但同时也伴随着一些负面效应。具体如下：

1、由于抬高了二次风，使得炉膛火焰中心拉长，锅炉整个温度场后移，加之烟气再循环的投运减少了一次风空预器处的换热量，直接导致改造后排烟温度上升（比原来高10℃）。

2、改造过后锅炉热效率有所下降：二次风改造部分的影响在可以接受范围内；烟气再循环部分在低负荷时效果良好，但高负荷时烟气再循环的投运会带来排烟温度的进一步升高，锅炉热效率急剧下降，同时对除尘器的滤袋寿命造成一定影响。

5、总结

循环流化床锅炉低氮改造因其改造方式的多样性，已经越来越多的应用于工程实践中，且可以和SNCR、SCR灵活搭配，对NOx排放起到较好的控制作用。但低氮排放与高效燃烧之间本身就存在矛盾，锅炉部分结构的改动，也不可避免的会对炉内原本稳定的温度场造成影响，如何通过配套的设备改造以及相关的燃烧调整以减少对锅炉的负面影响，仍然是今后技术开发以及工程改造中需进一步摸索改进的。