浅析300MW CFB锅炉启动过程中氮氧化物排放浓度超标原因及对策

刘斌+郑秀平

摘 要：本文通过对 NOx 生成机理，结合已有实验数据与运行经验，分析了CFB 锅炉启动过程中燃烧对 NOx 排放的影响因素，提出了降低CFB 锅炉启动过程中 NOx 排放超限的措施，有效解决了CFB 锅炉启动过程中氮氧化物（NOx）排放容易超限的问题。

关键词：循环流化床；启动；氮氧化物；控制排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.042

0 引言

近年来，为防治大气污染、改善环境质量、进一步降低污染源的排放强度，环保部门对大气污染物排放限值的要求日益增高。2014年新出台的《火电厂大气污染物排放标准》中，将NOx的排放要求从之前的400 mg/m3调整为200 mg/m3，并加大了对火电厂NOx超标排放的考核力度。这使我厂环保参数面临着更加严峻的形势，因此， 如何控制循环流化床（CFB）锅炉启动过程中排放达到标准要求具有迫切的现实意义。

1 背景简介

1.1 锅炉概况

京泰公司为2×1089t/h 循环流化床、亚临界参数，一次中间再热自然循环汽包炉，脱销采用选择性非催化还原法（SNCR）技术，在温度达到800℃～1200℃的环境烟气中加入含氮反应剂，会将NOx还原成水和氮气，没有其他新的污染物产生。SNCR脱硝工艺在实验室里NOx脱出率高达90%；而在生产中的大型锅炉上，短期生产运行能达到75%的脱出率；长期生产过程中一般能达到25%～40%。

1.2 脱销系统投入规定

锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物中N0占有90%以上，二氧化氮占5%一10%，一般分为如下三种：热力型：燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律，当T<1500℃时，NO的生成量很少，而T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6～7倍；瞬时型：燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60s，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比；燃料型：由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成，由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600～800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧产物中占60～80%，由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。

2 流化床锅炉启动过程中影响NOx生成因素分析

2.1 床温的影响

炉膛设计温度的选取需要综合考虑传热和燃烧效率的要求，循环流化床锅炉启动中床温加热分为两个阶段，第一阶段用油枪加热至400℃，第二阶段400℃以后投煤，加热至正常运行温度900℃，随着运行床温的提高，NOx 排放量升高。从NOx的生成机理看，床温升高将大大促进热力型NOx 的生成。同时，燃料型NOx 的生成速度也加剧，而在高温下，会发生分解反应：NOx→N2 + O。随着运行温度的提高，NO 的排放升高，而NOx的排放将下降。这就意味着，通过降低床温来控制NO 排放会导致排放升高。另一方面，运行床温的控制还受负荷及燃烧效率的制约，床温过低CO浓度很高，这尽管有利于NO 的还原，却带来了化学不完全损失。循环流化床启动中经常出现床温突生现象，在启动中，由于床料中含碳量超标，当床温达到煤的着火温度后，床料中的炭迅速燃烧着火，发生床温突升。

2.2 过量空气系数的影响

过剩空气系数很小或很大时，CO浓度都将升高，而CO会促进还原和分解。温度和床料、过量空气系数是影响 CFB 锅炉中NOx 生成的最主要因素。通过调整CFB锅炉的运行状态， 改变以上各因素，就可以实现对锅炉启动中NOx 排放的控制。

3 降低锅炉启动中NOx排放的技术措施

3.1 优化床料质量

启动床料准备工作，先准备100吨临炉底渣上至炉前料仓，然后将停炉过程排至渣仓的回料灰和炉内细床料准备80吨上至炉前料仓，通过优化床料，使床料中粗细颗粒粒径均匀，有效的降低了床料的粗颗粒对传热的影响，同时将低渣含碳量控制在规定范围内，避免床温突升，将床温升控制在规定范围内。

3.2 合理控制锅炉点火后升温率

保证床压不低于6KPa， 3小时床温满足投煤条件。锅炉连续投煤后及时投入床料给料机运行，控制床料量不低于20t/h，尽快提升锅炉床压，确保汽机定速后床压达8.5KPa。机组并网前停止床料给料机运行，将相应给煤机切回正常给煤方式。

3.3 盡量保持合理的过量空气系数

机组并网后尽快投入8台给煤机进行均匀给煤，认真组织燃烧，在机组并网后30分钟内控制锅炉烟气含氧量达8%以下。在烟气NOx未得到有效控制前，保持一次风量在25万m3/h左右；保持炉膛上层二次风门开度在15%左右，采取开大下层二次风门开度控制合适床温，增加二次风量给入。

3.4 保证脱销系统的正常投入与运行

锅炉投煤稳定后检查确认炉区脱硝系统处于良好备用状态，启动一台脱硝稀释水泵运行，调节稀释水压力不低于0.9MPa，备用泵投入联锁；就地开启脱硝尿素溶液总门，系统备用。汽轮机定速后并网前投入炉区脱硝系统运行，同时投入1/2/3区脱硝喷枪，保持尿素溶液调门开度不低于10%，稀释溶液浓度在5-10%之间，就地检查确认各喷枪流量、压力正常，无系统跑、漏溶液现象。

机组并网后燃烧加强的同时逐渐开大尿素溶液调门，增加尿素溶液的喷入量，控制烟气NOx在要求范围。

4 总结

根据 CFB 锅炉启动中 NOx生成规律，结合试验运行数据，从床温控制、床料配比和过量空气系数调整等角度，通过调整CFB锅炉的运行状态， 较好的实现了锅炉启动过程中NOx 排放的控制。

参考文献：

[1]卢啸风.大型循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2006：172.

[2]东方锅炉厂300MW循环流化床锅炉技术协议[S].

[3]张华军.循环流化床锅炉床温控制优化分析[J].工业设计， 2016（01）.endprint