1、引言

作為低溫燃燒方式的CFB爐型已成為我國火電廠行業的主要爐型之一，其裝機容量超過75000MW，具有良好的爐內降氮和脫硫功效。目前大部分新建中小循環流化床鍋爐可以將NOx排放值控制在200mg/Nm3(本文中mg/Nm3均為干基，標態，6%氧量)以下，但是早期的循環流化床鍋爐由于各種原因均存在著NOx排放過高的問題，許多已經達到400mg/Nm3以上。，在當前嚴峻的氮氧化物排放標準限值下，特別是重點地區要求排放控制在100mg/Nm3以內，此時單純采用SNCR工藝并不能達到要求。基于這種情況，為了保證NOx達標排放，同時出于改善鍋爐性能、降低脫硝裝置的投運成本等目的，對鍋爐進行低氮改造就顯得很有必要。

本文簡介了CFB普遍存在的問題以及低氮改造的幾種途徑，并結合我公司在內蒙三維煤化3×75t循環流化床鍋爐的改造實例，對現行CFB低氮改造技術進行探討并提出相關建議。

2、鍋爐現狀

內蒙古三維煤化科技有限公司現有75t/h循環流化床鍋爐3臺，鍋爐總排口NOx初始排放值為450mg/Nm3。為響應國家環保要求，降低初始排放至100mg/Nm3以下，并保證原鍋爐額定運行參數不變，現需對鍋爐煙氣進行相應的處理。

該項目3臺75t/hCFB鍋爐，于2005年投運，經過長時間運行，鍋爐存在如下一些問題：

1、床溫高

該爐型在設計當初為了追求較高的燃燒效率，故采用高床溫的燃燒方式，爐床面積和爐膛體積都較小。這種設計雖然提高了燃燒效率，但也帶來了NOx排放高，鍋爐安全穩定性差等問題。長期運行后，鍋爐的布風系統風帽磨損引起布風不均勻，導致局部富氧及局部高溫；分離返料系統等因磨損或變形嚴重引起分離效率下降、返料不暢，進一步加劇了高排放，帶負荷難等問題。目前鍋爐在65t/h負荷時床溫達到1000℃以上，分離器內煙氣溫度也超過1000℃，直接導致后續SNCR脫硝效率低、低氮改造難度大。

2、一、二次風配比不合理

對于CFB機組，設法降低一次風率、提高二次風率，都不失為增進分級送風的好方法，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。

但許多較早的CFB爐型二次風布置，都是為了提高燃燒效率，按“充分擾動、充分接觸”的原理進行設計。并沒有處理好射流穿透、配風均勻性、風煤比局部均衡和合理制造還原氧化區分布這幾方面的協調關系，從而導致燃燒效率較高，但NOx排放也過高的問題。

3、分離器效率低

本鍋爐采用絕熱式旋風分離器，長期運行后，由于中心筒變形、分離器煙道磨損等原因，導致分離效率大幅下降。判斷分離效率的辦法常用兩種：一種是通過分析除塵器捕足的灰的顆粒度來分析，良好的分離器平均灰粒徑d50應該在30微米以下；另一種辦法是通過爐膛內的差壓來判斷分離效果，分離效果良好的該型鍋爐爐膛差壓應該在500-1500Pa之間，但現場中控顯示本鍋爐爐膛差壓只有200Pa左右。

分離效率低將會引起許多問題，一是引起循環倍率下降，燃料不完全燃燒損失加大；二是物料對爐床的冷卻效果降低，床溫偏高；三是物料濃度低，爐膛內換熱減弱，鍋爐帶負荷能力下降。

針對以上問題，現行的CFB低氮改造的手段主要有：

1、煙氣再循環系統；2、二次風改造系統；3、分離器中心筒改造；4、布風板改造；5、增設水冷屏等。

在實際的工程應用中，可以根據不同的爐型爐況以及NOx脫除要求，合理的選擇改造方式和程度。

3、方案分析

經過前期的資料收集以及現場勘探，參考SNCR在75t/h循環流化床鍋爐上的效率一般在40%-70%，即使以最高效率70%計算，也無法保證NOx控制在100mg/Nm3以下，故在采用SNCR工藝的同時還須對鍋爐進行低氮改造，才能保證排放濃度達標。

此項目煙氣脫硝以SNCR為主，低氮改造為輔，故鍋爐改造量并不是很多，主要包含兩部分：煙氣再循環系統和二次風改造系統。

3.1煙氣再循環系統

煙氣再循環工藝就是從引風機出口引一路煙氣送至鍋爐一次風機入口，由于煙氣中的氧含量已經遠低于正常空氣中的氧含量，這樣在有效的減小了一次風含氧量的同時，也保證了鍋爐一次風流化風量需求。

再循環煙氣量與不采用煙氣再循環時的煙氣量之比，稱為煙氣再循環率。煙氣再循環率一般控制在10-20%。當采用更高的煙氣再循環率時，燃燒會不穩定，未完全燃燒熱損失會增加。

3.2二次風改造

二次風改造：鍋爐原二次風設計為前、后、左右側墻都有布置，高度方向分三層布置。考慮到左右側墻距離較寬，二次風的穿透能力大大減弱，因此本次改造將取消側墻二次風管，所有風管布置在前后墻，并適當抬高二次風噴口的標高，高度方向上形成燃燒分級。

給煤管改造：循環流化床鍋爐的NOx原始排放主要源自燃煤，屬于燃料型NOx，因此設計原則是讓煤在爐膛下部進行負氧燃燒，并盡可能讓進入爐膛的煤晚點接觸氧氣。原鍋爐結構中給煤點較高，本次改造在將二次風抬高的同時，也適當降低了給煤點。

4、調試與分析

由于單臺爐原始排放濃度并無準確數值，參考總排口數值以及后安裝的CEMS的讀數，并經過相應的計算，得出1、2#爐初始排放在400mg/Nm3左右，3#爐初始排放為500mg/Nm3左右，運行通過燃燒調整（控制O2），均可保證初始濃度在400mg/Nm3左右。

調試情況大致如下（以3#爐為例）：

二次風部分調試：

主要是通過調整其一、二次風配比以及上、下層二次風風門的開度來實現，由于其鍋爐長期處于高床溫狀態運行（最高可達1040℃），加之原一、二次風機余量有限，高負荷時基本都處于滿負荷運行狀態，調節手段裕度有限，只能在保證床溫的前提下盡量加大上層二次風，減少小二次風。經反復調試，最終二次風改造后總排口NOx濃度較改造前降低60mg/Nm3左右，NOx減排約15%。

煙氣再循環部分調試：

主要以控制再循環風機的變頻為主，以找出最小的熱效率損失下最合適的煙氣的回送量。經過調試，得出風機變頻在30%-50%時可達到較為理想的低氮效果，能大幅降低NOx排放，結合二次風改造，可將NOx可控制在300mg/Nm3以下。

通過調試我們也發現，由于鍋爐是個完整的系統，沒有數值的比對是處在絕對的環境中，鍋爐低氮改造后對NOx的控制遠比數值上體現出來的要明顯，結合SNCR完全可以保證NOx排放在100mg/Nm3以下，但同時也伴隨著一些負面效應。具體如下：

1、由于抬高了二次風，使得爐膛火焰中心拉長，鍋爐整個溫度場后移，加之煙氣再循環的投運減少了一次風空預器處的換熱量，直接導致改造后排煙溫度上升（比原來高10℃）。

2、改造過后鍋爐熱效率有所下降：二次風改造部分的影響在可以接受范圍內；煙氣再循環部分在低負荷時效果良好，但高負荷時煙氣再循環的投運會帶來排煙溫度的進一步升高，鍋爐熱效率急劇下降，同時對除塵器的濾袋壽命造成一定影響。

5、總結

循環流化床鍋爐低氮改造因其改造方式的多樣性，已經越來越多的應用于工程實踐中，且可以和SNCR、SCR靈活搭配，對NOx排放起到較好的控制作用。但低氮排放與高效燃燒之間本身就存在矛盾，鍋爐部分結構的改動，也不可避免的會對爐內原本穩定的溫度場造成影響，如何通過配套的設備改造以及相關的燃燒調整以減少對鍋爐的負面影響，仍然是今后技術開發以及工程改造中需進一步摸索改進的。