有效改善CFB鍋爐燃燒過程低氮特性加入煙氣再循環，努力降低NOx排放值，設法達到國家對燃煤爐的NOx排放標準;煙氣再循環是其中一種低氮燃燒技術，通過控制循環煙氣量及分級送風，達到低氮與高效燃燒有效地降低了NOx的生成，保障排放環保指標達標。

關鍵詞：熱力型NOx 煙氣再循環 分級送風

一、概述

我國循環流化床技術發展情況，目前我國有案可查的循環流化床鍋爐(簡稱CFB鍋爐)已達4000余臺，其中80%以上為中小型CFB發電機組或專用工業鍋爐，多達3500臺左右，內420t/h以上蒸發量的大型CFB鍋爐平均NOx排放指標為230mg/Nm3左右;240t/h中小型蒸發量的中小型鍋爐NOx煙氣排放更高一些，而平均為300mg/Nm3。未達到國家現階段NOx排放標準。因此，有效改善CFB鍋爐燃燒過程低氮特性加入煙氣再循環，努力降低NOx排放值，必要時也可加裝爐內噴氨SNCR裝置，設法達到國家對燃煤爐的NOx排放標準，就成為不可回避的問題了。

二、NOx的生成、危害

化石燃料燃燒產物是重要的大氣環境污染源之一。其中氮氧化物是燃燒過程中排放的污染物之一。氮氧化物、氧化硫和固體顆粒排放物能產生酸雨、降低能見度和影響人類健康。氮氧化物是指一氧化氮、二氧化氮、以及少量的氧化二氮。燃燒任何化石燃料、由于溫度高氧氣的存在以及空氣和燃料中的氮、都會產生一定量的NOx。燃燒過程中排放出來的NOx約90%是NO，5%到10%是N02，l%是N20。煙氣排出煙囪后其中的NO最終在大氣中被氧化成二氧化氮。在電廠煙囪排氣中經常看到的紅棕色即是二氧化氮。在大氣中二氧化氮經過一系列反應形成二次污染物。二氧化氮與太陽光和碳氫團反應形成光化學煙霧和酸雨的成分【1】。

氮氧化物NOx主要是通過三種路經形成的：熱力型、快速型、及燃料氮【2、3】。

熱力型或Zeldovich型氮氧化物是通過下列基本反應形成的：

O+N2→NO+N(1—1)

N+02→NO+O(1—2)

N+OH→NO+H(1—3)

傳統的保證充分燃燒的條件(高溫、足夠長的停留時間、高湍流度或混合)都是增加熱力型氮氧化物的因素。因此，需要在有效燃燒及控制氮氧化物的生成之間尋找一個最佳點。降低熱力型NOx可以通過對燃燒系統修改來實現。通過控制燃料與空氣的混合來控制燃燒速度，從而降低燃燒最高溫度點的溫度以此來降低熱力型NOx的形成。通過分級燃燒即先加入部分燃燒空氣，使燃料在完全燃燒之前先進行部分冷卻然后在逐步加入剩余的燃燒空氣亦可有效降低熱力型NOx的產生。采用煙氣再循環可有效地降低最高溫度區域的溫度，從而減少熱力型NOx的產生。燃料型NOx是煤燃燒時產生的NOx的主要來源。研究燃料型NOx的生產和破壞機理，對于如何有效地在燃燒過程中控制NOx的排放具有重要的意義。煤燃燒時約75%至90%的NOx是燃料型NOx。

三、煙氣再循環技術理論

高溫低氧燃燒技術(HTAC)是20世紀90年代發展起來的一種新型燃燒技術。由于這項技術突出的節能與環保優勢，在許多國家得到了廣泛的重視，到1995年，已經有800多套工業爐采用該技術進行改造【4-6】。煙氣再循環是其中一種低氮燃燒技術，即從鍋爐尾部煙道抽取一部分低溫煙氣(主要成分N2，O2和CO2)返回爐內，參與輔助燃燒和流場整合。抽取的煙氣通過與煙氣的混合后送入爐內。煙氣再循環的效果不僅與燃燒種類有關，還與再循環煙氣量有關。循環煙氣量一般以煙氣循環率β來表示，即煙氣再循環量與燃燒設備鍋爐排煙總量之比。煙氣再循環技術，其核心在于利用煙氣所具有的低溫低氧特點，將部分煙氣再次噴入爐膛合適部位，降低爐膛內局部溫度以及形成局部還原性氣氛，從而抑制NOx的生成。

近年來國內眾多學者對煙氣再循環進行了相關研究取得了不少成果。華北電力大學的胡滿銀【7】研究發現，煙氣再循環技術可以降低爐膛內平均溫度，從而降低NOx的生成量;內蒙古科技大學的趙增武【8】通過研究煙氣再循環對高溫燃燒及其NOx排放特性影響。發現煙氣再循環有效的降低了助燃空氣中的氧含量，降低了火焰局部高溫，有效的抑制了熱力型NOx的生成。

燃燒氣氛中O2/CO2體積比對NOx.生成量以及NO/NOx比率都有明顯的影響,當過量空氣系數為1時,NOx的排放量隨O2/CO2體積比的變化情況【9】(見下圖)。


四、煙氣再循環在天保空港熱電廠應用

天保空港熱電廠為4臺75t/h差速循環流化床鍋爐，爐內燃燒過程存在的問題均勻性由于流態化過程的復雜性、新鮮燃料投入主床而回料灰的分布相對集中投入前后埋管受熱面副床上，造成主副床料層顆粒的不均勻性、物料流化程度的偏差和一、二次風分配的不均勻性，直接導致了床溫的偏差。事實上整個床面上主副床各個床溫測點偏差較大是普遍存在的一個鍋爐共有問題，一般鍋爐的床溫偏差都在70℃左右，差速循環流化床改造前最大的可以達到150℃以上(附照片)，這也造成了物料燃盡，以及低氮燃燒的困難。床溫的不均勻性，肯定會造成局部溫度峰值。主床局部超高床溫是產生NOx急劇增加的元兇，其生成能力是合理床溫下的數倍甚至數量級增加。控制一個合適的床溫變化范圍，是解決低氮燃燒的關鍵因素之一。而在改造前運行中鍋爐低過后氧量偏高(負荷30%低過后氧量12%，負荷55%—100%低過后氧量5%——8%)。理論上，860～875℃的床溫控制范圍絕對是大家都能接受的CFB最佳低氮脫硝溫度，而對于現實運行中，主床控制平均床溫為890～920℃，副床控制平均床溫為750℃。這種溫度差的增加，會影響整個物料循環和流態化過程的低溫燃燒效果，也能夠導致脫硫降氮效率的下降。二次風應用方式又有別于一般循環流化床鍋爐，二次風主要是保障副床物料流動及埋管換熱(埋管即為主要換熱面，膜式水冷壁70%包裹在澆注料內只有爐膛出口漏出部分換熱面)，所以分級送風的控制，既可以強化氧化區燃盡和還原區低氧分段燃燒效果，也抑制溫度及溫差水平，達到低氮與高效燃燒的過程統一。煙氣再循環投入可控制分段送風投入的所需氧氣保障燃燒，又可以控制爐膛出口過剰空氣量。


改造方式：空港熱電廠現將四臺鍋爐加裝管徑為800mm煙氣在循環管路一套，煙氣引出點為引風機后脫硫塔前煙道上方，煙氣接入點為一二次風機進口風道處，接入及引出處均有電動蝶閥控制，并在一次風進口，二次風進口加裝電動百葉窗擋板，通過吸入循環煙氣控制降低入爐空氣氧量，達到爐出口過剩空氣降低，平均促使煙氣NOx排放值下降到要求范圍;分級送風控制主副床溫度及溫差水平，達到低氮與高效燃燒。(附照片注：風機入口新加閥門為煙氣再循環閥門)


現通過為期半年的調試試驗，通過在不同負荷段控制一二次風內的循環煙氣量及配比，以控制主副床溫度及爐膛出口氧量，具體負荷段試驗據及控制如下表：


現在鍋爐負荷在80%以上時(注：由于入爐煤灰分控制在≤15%，造成料層積攢困難因此以鍋爐負荷80%以上為例)，通過煙氣再循環，再利用分段送風控制氧量主床溫度平均935℃，副床溫度平均870℃，溫差平均保持在60℃左右，較有效的控制了主床溫度及密相區的實際過量空氣系數，在運行中，使密相區主要處于還原性氣氛。

五、結束語

通過控制循環煙氣量與吸入空氣混合，有效的降低入爐空氣氧量，達到控制爐出口過剩空氣降低，在分級送風階段通過控制主副床風量氧量，使主副床溫度及溫差水平，達到低氮與高效燃燒有效地降低了NOx的生成平均各爐比未投入煙氣再循環前NOx平均折標后降低180mg/Nm3，效果較明顯。再通過SCR及SNCR的投入就能保障排放環保指標達標。