循环流化床锅炉氮氧化物超低排放技术讨论

燃烧温度对NOx的排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx的排放量将升高，因此，可以通过降低床温来控制NOx的排放量。但是，床温的降低会带来两个不利的后果，一个是炉内CO浓度将增加，不完全燃烧热损失增大，从而使得燃烧效率下降;另一个是不利于N2O分解，从而使得N2O的排放浓度增加。

由图1分析可知，CFB锅炉床温和炉膛温度一般都控制在850~950度左右，热力型NOx和快速型NOx的产生量基本可以忽略不计。主要是燃料型NOx，根据煤种的不同，燃料型NOx产生量在50至500mg/Nm3之间。

(四)、脱硫剂

在CFB锅炉中，加入的脱硫剂为石灰石，其直接目的是降低SO2的排放量，同时对NOx的排放量也会产生明显的影响，使NO上升。脱硫剂的影响主要体现在两个方面，一个是富余CaO作为强催化剂会强化燃料氮的氧化速度，使NO的生成速度增加;另一个是富余的CaO和CaS作为催化剂会强化CO还原NO的反应过程。一般情况下，CaO对燃料NOx生成NO的贡献大于其对还原性气体还原NO的贡献，从而使得NOx排放量增加。

二、 CFB锅炉在NOx控制上的有效尝试

CFB锅炉是最近二十年里发展起来的一种新型燃烧技术，它的主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地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。

某电厂DG450/9.81-1型单汽包、自然循环、半露天布置CFB锅炉，为当时国产首台最大容量CFB锅炉。设计燃用山西晋中贫煤。2014年7月1日前执行NOx排放标准为650  mg/Nm3。2014年7月1日按照《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)执行NOx排放标准为200mg/Nm3。考虑到电厂处于重点地区市域范围，于2014年实施了环保改造，执行NOx排放标准为100mg/Nm3。并针对NOx排放控制进行了以下尝试。

(一)、SNCR改造

考虑CFB锅炉采用低氮燃烧技术，燃烧温度较低，二次风分级给入，炉膛下部缺氧燃烧，存在缺氧还原区域，能有效抑制原始NOx生成。因此，2014年选择投资及运行费用相对较低，无二次污染的SNCR脱硝技术路线进行改造。在锅炉炉膛出口与旋风分离器入口之间水平段烟道处，左右两侧各设计安装6支出力为0.5t/h喷枪，向炉内直接喷射5%的尿素溶液做为还原剂，达到脱除NOx的目的。也就是在不使用催化剂的条件下，在锅炉炉膛出口(旋风分离器入口)烟温800～1000℃区域喷入还原剂(5%的尿素溶液)，使NOx还原为水和氮气。SNCR脱硝效率一般在50~70%，由于尿素溶液喷入后在流化床锅炉旋风分离器中和烟气充分混合，充分发生还原反应，所以在CFB锅炉上，SNCR脱硝效率高于煤粉炉，可以达到80%。氨逃逸一般不大于5ppm。

脱硝系统具有锅炉40～100%负荷范围调节控制的模式，以对应不同锅炉负荷条件下的烟气量及温度变化。锅炉在不同负荷时反应剂喷射量，由流体力学模型、动力学模型及物料平衡的计算获得，并通过前馈控制参数(锅炉负荷和蒸汽生产率、炉内及催化剂的温度)以及反馈控制参数(烟囱出口的NOx)来进行连续不断的调整，以达到要求的  NOx控制值。控制逻辑见图2：

(二)、调整配煤结构

根据环保年报统计，2014年以前，在未采取任何措施的情况下，燃用煤种较杂，包括烟煤、贫煤、褐煤、无烟煤等均有掺烧。NOx排放最高为351  mg/Nm3，最低126 mg/Nm3。虽然排放远低于当时的排放限值，但远高于超低排放的限值(50mg/Nm3)。

随着煤炭市场变化，因无烟煤在煤粉炉中NOx排放及飞灰可燃物高等原因，价格走低。从挥发分对NOx的影响角度考虑，2014年7月，开始对流化床锅炉进行了掺烧无烟煤的尝试。