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循环流化床锅炉氮氧化物生成与控制分析

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收稿日期:2001-03-16;修订日期:2001-04-24作者简介:殷立宝(1977-),男,黑龙江巴彦人,华北电力大学硕士生,从事循环流化床燃烧动态特性方面的研究。文章编号:1006-6705(2001)03-0001-04综合述评

循环流化床锅炉氮氧化物生成与控制分析

殷立宝,张　月,李加护(华北电力大学动力系,河北保定071003)

FactorsInfluencingNOxandN2OFormationinCirculatingFluidizedBedBoilersandControlMeasures

YINLi-bao,ZHANGYue,LIJia-hu(NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)摘要:从循环流化床锅炉中燃料燃烧过程的基本特性出发,阐述了氮氧化物的生成机理,据此分析了影响NOx和N2O排放浓度的因素,并探讨了控制NOx和N2O排放量的措施。关键词:循环流化床;锅炉;氮氧化物;排放;控制中图分类号:TK229.66 文献标识码:AAbstract:BasedonthebasiccharacteristicoffuelcombustionprocessesinCFB,NOxandN2Oformationmechanismispre2sented.ThefactorsinfluencingNOxandN2Oconcentrationareanalyzed.MeasuresforcontrollingNOxandN2Oemissionarediscussed.Keywords:circulatingfluidizedbed;boilers;nitrousoxide;discharge;control

引　言

在能源的利用中,矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如,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。本文对循环流化床锅炉中的NOx生成机理进行了深入研究,分析影响生成NOx浓度的因素,探讨控制NOx排放量的措施,为循环流化床锅炉的设计、运行提供参考。1　NOx的生成机理

煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),这两者统称为NOx,此外还有少量的氧化二氮(N2O)产生。与SO2生成机理不同,在煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤燃烧方式,特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件密切相关。在煤燃烧过程中,生成的NOx途径有3个:(1)热力型NOx(ThermalNOx),它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的。(2)燃料型NOx(FuelNOx),它是燃料中的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。(3)快速型NOx(PromptNOx),它是由空气中的氮和燃料中的炭氢离子团如CH等反应生成的NOx。其中燃料型NOx是最主要的,它占总生成量的60%以上;热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大,在温度足够高时,热力型NOx的生成量可占到总量的20%;快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小。另外,N2O和燃料型NOx一样,也是・1・№32001 电　力　情　报INFORMATIONONELECTRICPOWER从燃料的氮化合物转化生成的,它的生成过程和燃料型NOx的生成和破坏密切相关。2　影响因素分析

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。2.1　燃料特性的影响由于NOx主要来自于燃料中的氮,因此,从总体上看,燃料氮含量越高,则NOx的排放量也就越高。同时,燃料中氮的存在形态不同,NOx的排放量也不一样,以胺形态存在于煤中的燃料氮在燃烧过程中主要生成NO,而以芳香环形式存在的燃料氮在挥发分燃烧过程中主要生成N2O。一般来说,褐煤、叶岩等劣质燃料中燃料氮的主要存在形态是胺,故NOx排放量较多,N2O很少;相反,烟煤、无烟煤中燃料氮的主要存在形态是芳香环,故NOx排放量较少,而N2O很高。煤的挥发分中的各种元素比也会影响到NOx的排放量。显然,O/N比越大,NOx排放量越高。H/C比越高,则NO越难于被还原,故NOx排放量也越高。另外,S/N比会影响到各自的排放水平,因为S和N氧化时会相互竞争,故SO2排放量越高,NOx排放量越低。2.2　过量空气系数的影响当风不分级时,降低过量空气系数,在一定程度上可限制反应区内的氧浓度,因而,对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有一定的控制作用,采用这种方法可使NOx排放量降低15%～20%,但是CO浓度会增加,燃烧效率会下降。当风分级时,可有效地降低NOx的排放量。一般情况下,二次风从床上一定距离送入较好,如果过低则对NOx的排放量影响甚小。随着一次风量的减少、二次风量的增加,N被氧化的速度下降,NOx排放量也随之下降,并在某一风量分配下达到最小值。2.3　燃烧温度的影响燃烧温度对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CO炉内浓度将增加,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。2.4　脱硫剂的影响在循环流化床锅炉中,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,一个是富余的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作为催化剂强化CO还原NO。一般情况下,CaO对燃料氮氧化物生成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。当然,富余CaO和CaS的催化作用还与石灰石的品种、粒径大小等因素有关,需作进一步的研究。2.5　床内含碳量对降低NOx排放量的影响在锅炉高负荷和高床料含碳量的情况下,由于下列反应,使得NOx的排放量大为降低。NO+Cϖ1/2N2+CO2NO+CϖN2+CO23　控制NOx的措施

针对影响NOx生成的因素,在循环流化床锅炉中可采取以下措施控制NOx的排放量。3.1　选择合适的床温降低床温不仅可有效地降低NOx的排放水平,而且有利于脱硫,但不利的影响是会使N2O排放量上升,而且CO浓度增加,燃烧效率会下降。综合考虑各方面的影响,循环流化床床温以控制在850～1050℃较为适宜。3.2　选择性还原在悬浮段或分离器区域注入液胺或者尿素等可有效地还原NOx气体、降低其排放量。例如,对于NH3,其还原反应为4NH3+4NO+O2ϖ4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2ϖ3N2+6H2O 此项措施的限制条件是还原反应温度,一般地,注胺时反应温度约为810℃,尿素时为890℃,且当地氧浓度不宜过高。3.3　天然气再燃技术在密相区域注入天然气可使NOx失氧还原为N2,同时产生CO。为了提高燃烧效率,可在天然气注入口上方再注入补燃空气,这样既可以控制NOx的排放水平,又可以保证较高的燃烧效率。・2・电　力　情　报 20013.4　改变锅炉的结构型式多粒子流化床锅炉是将循环流化床与鼓泡床结合起来的新型流化床。其设计是主燃烧室以较大的流化速度运行,从主燃烧室出去的颗粒进入以鼓泡床运行的副燃烧室。其优点是降低运行温度和过量氧率,并使每MJ燃料的NOx和N2O排放量降至10mg以下。Wojtowicz(1994)提出了燃烧过程中低NOx,高N2O和尾部控制N2O的锅炉形式方案。在燃烧室前部为矮的、稀相段形式的鼓泡床,燃料在此加入但不添加石灰石,形成富燃料区。后室通过溢流堰与前室隔开,注入二次风和焦炭而形成富氧区。在后室的上部加入石灰石和形成旋流的切向三次风。该种形式流化床的特点是石灰石仅在富氧的后室中加入,N2O在二次燃烧和催化的作用下分解实现对N2O排放的控制。该形式锅炉运行的困难在于要求有丰富的操作经验和很高的运行水平,能够均匀加煤、合理调节各次风量等。3.5　分段燃烧3.5.1　二段燃烧二段燃烧是流化床燃烧中通常采用的方法,它实际上是通过降低密相床中O2的浓度来降低氮氧化合物的排放,但O2降低量太多会降低脱硫和燃烧效率。Shimizu(1991)研究发现,二段燃烧中一次风率在0.9～1.0时对氮氧化合物排放的影响最大。对挥发分含量分别为高、中、低的3种煤的燃烧试验发现,一次风率提高,NOx和N2O的排放量均增大;分段燃烧时,SO2和CO的排放也有不同程度的下降,因此它是一种安全可行的燃烧方式。3.5.2　三段燃烧平间利昌等(1997)提出了改进的三段燃烧法。试验在实验室规模的鼓泡流化床燃烧台上进行,研究发现两个主要的因素决定了对氮氧化物的影响,即稀相段温度和一次风量与总风量以及二次风与二次燃料的当量比(试验用气体为丙烷)。当鼓泡床上部温度保持在1120K,风量比分别为0.8和0.7左右时,与单级燃烧相比较,N2O和NOx分别降低至1/10和2/5。3.5.3　反分级燃烧Lyngfell(1995)提出了反分级燃烧的概念。反分级燃烧采取一次风量达80%,无二次风,其余20%的风量在旋风分离器后加入。试验在12MW的循环流化床试验台上进行,发现O2在燃烧段的上部降低而下部提高,N2O和NO的排放量分别为(40×10-3)g/m3和(53.6×10-3)g/m3。这种燃烧方式对脱硫没有任何影响。但燃烧效率却降低了2%,另外燃烧段上部的过低氧量对炉体的影响还有待于研究。流化床分级燃烧的许多技术可借鉴煤粉炉分级燃烧中许多成熟的技术,寻找在流化床燃烧特殊环境下的特征,是降低氮氧化合物排放和提高燃烧效率的有效手段。在上述论及的降低NOx方法中,选择合适的床温、选择性还原、改变锅炉的结构型式、二段燃烧方法都已经在实际中得到了广泛的应用,而其他方法还处在实验研究阶段,有待进一步研究和在实际中推广。4　降低N2O排放量的技术措施

411　二次燃烧法目前,比较有希望的N2O排放控制方法是“二次燃料注射法”,即“再燃烧法(Reburning)”或“二次燃烧法(Afterburning)”。该方法是在旋风分离器的入口或出口处安装若干喷嘴,向内喷射可燃物质,利用其燃烧时产生的高温(950～1000℃),通过N2O与H,OH自由基的反应或N2O与气体分子的反应,来实现N2O分解,从而降低N2O排放量。在该方法中,燃料燃烧温度和烟气在高温区的停留时间是两个重要的运行参数。实验研究证明,用CH4和C3H8作二次燃料,可使N2O的排放量接近于零。在一台12MW循环流化床上,用液化石油气作为二次燃料进行试验,结果表明:在低过量空气系数条件下(<3.5%O2),N2O减少量也达60%。同时,流化床的运行不受影响,SO2,NOx和CO的数量也未见增加。H2,CH4,C2H4,C2H6,CO等,都可作为二次燃料使用,其效果依次是H2>CH4>C2H4和C2H6>CO。此外,燃料油、木粉和锯末也都可作为二次燃料。4.2　床料中加入金属Fe文献[1]提出在床料中加入金属Fe的控制方法也是颇有前途的。在以硅砂(SilicaSand)为床料的流化床中加入金属Fe,N2O可与Fe反应生成FeO和N2:N2O+FeϖFeO+N2FeO又被炉内CO还原,重新生成金属Fe:FeO+COϖFe+CO2 再生的金属Fe又与N2O重复上述的反应。这些反应过程可以不间断循环进行,达到连续消除・3・№3 电　力　情　报

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生物质循环流化床锅炉尾部烟气NOx排放控制预防技术

生物质循环流化床锅炉尾部烟气NOx排放控制预防技术

生物质循环流化床锅炉尾部烟气NOx排放控制预防技术

生物质循环流化床锅炉是一种广泛应用于生物质能源利用的设备，其具有燃烧效率高、环保性好等优点。生物质循环流化床锅炉在运行过程中，尾部烟气中的NOx排放量较高，直接影响了环境质量和人们的生活。控制和预防生物质循环流化床锅炉尾部烟气中的NOx排放成为迫切需要解决的问题。

针对生物质循环流化床锅炉尾部烟气中的NOx排放问题，我们需要从多个方面进行技术改进和控制预防措施。针对生物质燃料的特点，采取合理的燃烧控制技术，优化燃料的燃烧过程，减少NOx的形成。采用先进的脱硫脱硝技术，对废气进行脱硝处理，达到排放标准。加强设备检测和运行管理，及时发现和处理设备运行中的问题，确保排放符合环保要求。

一、燃烧控制技术改进

1.1 优化燃料燃烧过程

生物质燃料中的氮含量较高，是形成NOx的主要原因之一。可以采用预处理技术，对生物质燃料进行干燥、预热等处理，提高燃料的燃烧效率，减少NOx的生成。采用优化的燃烧控制系统，控制燃料的供给和燃烧过程，降低燃烧温度，减少NOx的生成。

1.2 固体循环床燃烧技术改进

在生物质循环流化床锅炉中，采用优化的固体循环床燃烧技术，增大床料高度，延长固体在循环床内停留时间，减少氮氧化物的生成。通过增加再循环系统，加强燃料和空气的混合，减少燃烧温度，降低NOx的排放。

二、脱硫脱硝技术应用

2.1 选择合适的脱硫脱硝技术

针对生物质循环流化床锅炉尾部烟气中的NOx排放问题，可以采用选择性催化还原（SCR）技术进行脱硝处理。SCR技术能够在高温下将NOx与氨反应生成氮和水，从而实现脱硝效果。还可以采用湿法脱硫和干法脱硝技术，对烟气进行脱硫处理，减少硫氧化物的生成，降低对SCR脱硝催化剂的影响。

2.2 确保脱硫脱硝技术稳定运行

在选择脱硫脱硝技术后，需要确保技术稳定运行。进行催化剂的选择和设计，保证催化剂的使用寿命和脱硝效率。进行脱硫脱硝系统的调试和运行管理，监测和控制脱硝反应的温度、氨气用量等参数，确保系统稳定运行。 三、设备检测与管理

循环流化床锅炉NOx排放控制研究

循环流化床锅炉NOx排放控制研究

循环流化床锅炉 NOx排放控制研究

摘要：为探究循环流化锅炉氮氧化物（NOx）的排放控制问题，将从循环流化锅炉产生NOx的机理入手，从锅炉运转工作的各流程步骤角度对NOx进行控制，重点对炉内SNCR脱硝技术和炉外COA烟气脱硝技术进行研究，以此实现循环流化锅炉NOx的排放控制。

关键词：循环流化床锅炉，NOx；排放控制

引言：现阶段我国的取暖与发电供应仍以煤作为主要原料，而循环流化锅炉是利用燃煤实现产能工业常用的设备，实际脱硫效率和NOx的产生分别能够控制在90%和30%左右。虽然该设备在脱硫效率控制中具有较好的应用效果，但是实际NOx的控制排放却仅能够达到国家规定标准的基线附近。为此，本文将针对循环流化锅炉NOx排放问题进行研究，以期得到科学合理的控制方法。

一、NOx的产生机理

在现阶段循环流化床锅炉使用中NOx的生成主要可概况为一下两方面：第一，流经锅炉内部实现煤燃烧的空气中含有大量的N2元素，在高温环境下会生成大量的NOx，即热力型NOx，通常情况下热力型NOx在循环流化床锅炉燃烧过程中生成较少，约为循环流化锅炉工作期间NOx排放总量的6％；第二，在锅炉工作过程中一下含杂环氮化物受热分解产生的一下NH3和HCN气体，随后被加热氧化生成NOx。同时煤焦中一下其它物质残留的氮化物也会在燃烧过程中被氧化生成NOx[1]。

二、控制NOx排放的措施

（一）基础管控

循环流化锅炉正常运行中要求其NOx的排放值应当控制在50Mg/NM3一下，若当地城市空气质量属于重污染天气，则要求循环流化锅炉NOx的排放值应当控制在35Mg/NM3一下[2]。为此，需要从循环流化锅炉运行的几个方面对NOx排放进行控制：

第一，煤种控制。在循环流化锅炉运行过程中若选用优质煤种，则锅炉可以带动330MW的满负荷运转，其NOx的排放量可以控制在50Mg/NM3以下，甚至可以实现30Mg/NM3以下的NOx排放；若使用煤种属于劣质煤种，循环流化锅炉需要限制自身负荷运行才可以实现NOx的低排放。

生物质循环流化床锅炉NOx生成规律及原因分析

生物质循环流化床锅炉NOx生成规律及原因分析

生物质循环流化床锅炉NOx生成规律及原因分析

发布时间：2023-02-17T02:39:14.023Z 来源：《科技新时代》2022年19期 作者： 雷晓明 易晓坚 陈超 肖育军 徐皓

[导读] 针对某生物质循环流化床电厂氮氧化物（NOx）浓度难以控制的情况，

雷晓明 易晓坚 陈超 肖育军 徐皓

（中国能源建设集团华中电力试验研究院有限公司，湖南 长沙 410005）

摘要：针对某生物质循环流化床电厂氮氧化物（NOx）浓度难以控制的情况，通过试验分析SNCR脱硝工艺、过量空气系数、燃料含湿量以及空气预热器漏风对NOx的排放与生成影响，对比分析锅炉系统改造技术对控制NOx生成浓度的优化性能。结果表明：炉膛温度过低

导致SNCR脱硝工艺的净化能力严重弱化、NOx的生成浓度与O2量存在正相关关系、含湿量严重影响燃料的充分均匀性燃烧，进而导致NOx

生成浓度的增加、空气预热器严重漏风不仅影响一次风、二次风配比的平稳控制，还导致炉膛内O2量与NOx浓度的跳跃式波动。采用“深度

分级燃烧+补燃”的改造方式能够使NOx的生成浓度低于排放要求。

关键词：循环流化床；生物质锅炉；氮氧化物；SNCR脱硝；空气预热器 中图分类号：X701 文献标志码：B 文章编号：

Analysis of NOx Generation Law and Causes in Biomass Circulating Fluidized Bed Boilers LEI Xiaoming, YI Xiaojian, CHEN Chao, XIAO Yujun, XU Hao

（Central China Electric Power Test and Research Institute Co., Ltd. of China Energy Engineering Group, Changsha 410005, China） Abstract: In view of the fact that the NOx concentration in a biomass circulating fluidized bed power plant is difficult to control, the impact ofSNCR(selective non-catalytic reduction) denitration process, the effects of SNCR denitration process, excess air coefficient, fuel moisture content andair preheater leakage on NOx emission and generation were analyzed through tests. And the optimization performance of boiler system transformationtechnology for controlling NOx generation concentration was compared and analyzed. The results showed that the low furnace temperature leaded toserious weakening of the purification capacity of the SNCR denitration process. There was a positive correlation between the NOx generationconcentration and the O2 content. And the moisture content seriously affected the full and uniform combustion of fuel, which leading to the increase ofNOx generation concentration. The serious air leakage of the air preheater has affected the smooth controlling of the ratio between the primary air andthe secondary air, and leaded to the jump fluctuation of the O2 content and NOx concentration in the furnace. The adopted transformation mode ofcombined deep staged combustion and supplementary combustion has realized that the NOx generation concentration is lower than the emissionrequirements. Keywords: circulating fluidized bed; biomass boiler; nitrogen oxide; SNCR denitration; air preheater

循环流化床锅炉低氮燃烧的原理

循环流化床锅炉低氮燃烧的原理

循环流化床锅炉低氮燃烧的原理

循环流化床锅炉，听起来是不是很高大上？不过别担心，咱们今天就把它说得简单明了，让你一听就懂。咱先说说什么是“低氮燃烧”吧。你要是站在锅炉旁边，应该会发现，锅炉往往会冒出浓浓的黑烟。没错，这就是燃烧过程中氮氧化物（NOx）产生的原因。这个氮氧化物可是个麻烦东西，对环境有害，尤其是对空气质量。想象一下，空气中满是这种东西，就像是一个无形的“杀手”，人都不敢深呼吸了。所以呢，低氮燃烧就应运而生了，目标就是减少这些有害物质的产生。

循环流化床锅炉是怎么做到这一点的呢？这个锅炉名字挺复杂，但原理其实很简单。它的核心就是“流化床”。简单来说，流化床就是一种能让燃料在锅炉中像“漂浮”一样的方式。你想象一下，把沙子放到水里，水流动的时候，沙子就会跟着水流“飘”。在锅炉中，这个“水”就是空气，燃料就是“沙子”。通过这种方式，燃料在锅炉内部快速混合，燃烧更充分，温度均匀，不容易出现那些“热区”，从而减少了高温下氮氧化物的生成。

要知道，氮氧化物的产生通常是因为温度过高，氧气过多，或者燃料燃烧不完全。而流化床锅炉通过控制床内的温度和氧气量，让燃烧过程更平稳，避免了这些问题。像是老话说的，“巧妇难为无米之炊”，这锅炉不光有燃料，它还知道如何控制火候，让火烧得刚刚好，不急不躁，燃烧产生的氮氧化物自然就少了。

除此之外，循环流化床锅炉的“低氮”燃烧还有一个小秘密，那就是它的“再循环”功能。简单来说，这锅炉内部有个“回流”系统，燃烧后的气体和烟气被“循环”回来，和新鲜的空气和燃料混合，再次参与燃烧。这种循环的方式，不仅提升了燃烧效率，还能让锅炉保持一个比较低的温度，从而减少了氮氧化物的生成。你说，聪明吧？这就像是你炒菜的时候，往锅里加点水，防止食材炒焦，火候控制得当，味道自然好。

当然了，低氮燃烧技术不仅仅是为了环保。你要知道，锅炉的燃烧效率越高，能源就能用得越充分，燃料浪费就少，经济效益自然就提升了。像我们平时用的电，很多时候就是通过这种大规模的锅炉来转化的。所以说，低氮燃烧技术不仅有利于减少大气污染，还是一种省钱省能的好技术，真是一举多得，何乐而不为呢？