大型褐煤循環(huán)流化床鍋爐氧化亞氮排放特性

邱亞林

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

大型褐煤循環(huán)流化床鍋爐氧化亞氮排放特性

邱亞林

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

針對(duì)褐煤循環(huán)流化床開展氧化亞氮排放特性的研究，掌握不同參數(shù)對(duì)氧化亞氮排放的影響，從而提出降低氧化亞氮排放濃度的方法。

循環(huán)流化床鍋爐；氧化亞氮；溫室氣體；排放特性

1 循環(huán)流化床鍋爐排放特性

流化床燃燒是一種先進(jìn)的燃煤技術(shù)，可降低NOx的排放，實(shí)現(xiàn)煤的高效、潔凈利用。由于流化床的燃燒溫度較低 (800℃～950℃)，其N2O的排放量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)粉煤燃燒鍋爐中N2O的排放濃度。N2O強(qiáng)烈吸收紅外幅射而造成溫室效應(yīng)，并能破壞臭氧層。N2O是同摩爾CO2造成溫室效應(yīng)的200多倍。其在大氣中的濃度正以每年0.2%～0.4%的速度增加。在保證循環(huán)流化床清潔燃燒特性的基礎(chǔ)上，盡量減少其溫室氣體的排放是一個(gè)重要的研究方向。

2 測(cè)試方案

為了測(cè)量氧化亞氮，試驗(yàn)中采用了2030型MultiGas傅立葉變換紅外氣體分析儀，該分析儀可分析含水量高達(dá)30%的氣流，能同時(shí)分析從ppb量級(jí)到百分量級(jí)的多達(dá)30種氣體組分。其工作原理為：氣體進(jìn)入檢測(cè)池后，其組分吸收紅外線。吸收光譜強(qiáng)度和頻帶分布與原子的化學(xué)鍵及化學(xué)鍵強(qiáng)度相關(guān)。每一種紅外吸收氣體的吸收光譜是獨(dú)一無二的 (具有特征性)。MultiGas測(cè)量吸收光譜，采用預(yù)裝的處理程序進(jìn)行算法處理，求得各種氣體的相應(yīng)濃度。MS2000軟件可以容許儀器連續(xù)測(cè)量、顯示、記錄氣樣的測(cè)試結(jié)果。

氧化亞氮煙氣測(cè)量點(diǎn)安裝在引風(fēng)機(jī)出口處，采用伴熱管將煙氣引入傅立葉分析儀和ABB煙氣分析儀 (主要測(cè)量氧量)，在300 MW褐煤循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組上進(jìn)行相關(guān)測(cè)試工作。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 氧量對(duì)氧化亞氮排放影響

針對(duì)電廠主要的燃煤，進(jìn)行了循環(huán)流化床燃燒試驗(yàn)。當(dāng)爐膛氧量從1.12%增加到2.84%時(shí)，燃煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的N2O也增加，在氧量較低時(shí)，氧量對(duì)N2O的影響比較高時(shí)對(duì)N2O的影響大，這是因?yàn)楫?dāng)過量空氣系數(shù)較低時(shí)，由于不完全燃燒，有CO存在，而CO在有金屬氧化物存在時(shí)對(duì)N2O有分解作用，另外，煙氣中的H，OH和O自由基也對(duì)N2O有分解作用，因此，氧量越大，H、O和OH自由基的濃度越低，N2O的生成量越大。

圖1 氧量對(duì)氧化亞氮排放的影響

圖1 中爐膛氧量從1.12%上升至2.84%時(shí)，氧化亞氮排放濃度也隨著氧量的升高而升高，從8.79 ppm 上升至 15.64 ppm，上升幅度為77.93%。

3.2 床溫對(duì)氧化亞氮排放影響

溫度是影響N2O生成的主要因素，溫度升高時(shí)N2O降低，是因?yàn)镹CO(生成N2O的中間產(chǎn)物)被其他并不生成N2O的競爭反應(yīng)奪走了，所以高溫下N2O生成量小。高溫下NO是HCN氧化的主要產(chǎn)物。所以隨著溫度的升高，NO增加而N2O減少。H和0H對(duì)N2O的分解和消減具有重要的作用。

圖2 床溫對(duì)氧化亞氮排放的影響

從圖2可以看出，隨著床溫從771.97℃上升至813.99℃過程中，氧化亞氮排放濃度逐漸減小，從29.11 ppm降低至18.58 ppm，降低幅度36.17%。此外從自脫硫 (無石灰石投入)條件下隨著床溫的升高氧化亞氮排放濃度也逐漸降低，具體見圖3。

3.3 床壓對(duì)氧化亞氮排放影響

床壓的大小直接反映了爐膛內(nèi)物料的多少(或物料濃度)，理論上分析床壓增大時(shí)，整個(gè)爐膛內(nèi)的物料濃度增加，由于褐煤屬于高揮發(fā)份煤種，床壓的增大使得原煤在整個(gè)爐膛高度上的分布向上偏移，即爐膛上部的原煤濃度增加，導(dǎo)致氧化亞氮的增加，從理論上分析，降低氮氧化物應(yīng)將燃燒區(qū)域集中在爐膛密相區(qū)，減少氧化亞氮的外漏，同時(shí)利用密相區(qū)的高溫降低氧化亞氮的生成量。

圖3 自脫硫條件下床溫對(duì)氧化亞氮排放的影響

圖4 爐膛密相區(qū)床壓對(duì)氧化亞氮排放的影響

從圖4可以看出，隨著床壓從5.48 kPa上升至7.05 kPa過程中，氧化亞氮從12.98 ppm上升至17.77 ppm，上升幅度36.90%。

3.4 二次風(fēng)配風(fēng)對(duì)氧化亞氮排放影響

二次風(fēng)配風(fēng)方式 (內(nèi)外二次風(fēng)質(zhì)量流量比)從原理上來講主要是影響了爐膛密相區(qū)內(nèi)的氧環(huán)境濃度，通過調(diào)整二次風(fēng)的穿透能力，人為形成氧化區(qū)和還原區(qū)，圖5上可看出上下二次風(fēng)均等配風(fēng)方式下氧化亞氮排放濃度最高，而形成上下二次風(fēng)偏差越大氧化亞氮濃度越低，因此在不影響燃燒的情況下可適當(dāng)加大內(nèi)外二次風(fēng)的偏差。

圖5 二次風(fēng)配風(fēng)方式對(duì)氧化亞氮排放的影響

4 氧化亞氮減排試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)氧化亞氮排放規(guī)律的研究，通過優(yōu)化組合，對(duì)氧化亞氮排放進(jìn)行了優(yōu)化，在減少氧化亞氮方面，降低運(yùn)行氧量，提高燃燒溫度 (增加爐膛密相區(qū)床溫)，減小床壓，并盡可能減小內(nèi)外二次風(fēng)比例。

試驗(yàn)中為了保證二氧化硫的排放濃度不升高，在進(jìn)行優(yōu)化的過程中沒有進(jìn)行深度優(yōu)化，僅僅綜合對(duì)各參數(shù)進(jìn)行整合。

氮氧化物NO及NO2的排放規(guī)律與N2O存在一定的異同，在進(jìn)行降低氧化亞氮的同時(shí)應(yīng)減少其他氮氧化物的排放，因此根據(jù)前期的研究結(jié)果進(jìn)行了氮氧化物綜合減排的試驗(yàn)研究。

5 結(jié)束語

優(yōu)化前后在不增加二氧化硫排放濃度的條件下，氧化亞氮從原來的 33.39 mg/m3下降至20.18 mg/m3，減排幅度為39.56%。在正常運(yùn)行條件下，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)手段能有效降低氧化亞氮的排放濃度，根據(jù)云南省內(nèi)6臺(tái)大型循環(huán)流化床機(jī)組，按年利用5 000 h計(jì)算，每年可減排氧化亞氮396.3 t，相當(dāng)于減排二氧化碳11.81萬噸。

氧化亞氮在減排機(jī)理中需要進(jìn)行二氧化硫及氮氧化物的綜合減排考慮，而氧化亞氮的減排中存在二氧化硫脫除、氮氧化物脫除等減排，使得最終的優(yōu)化變得更加復(fù)雜，需要進(jìn)一步的研究，以便全盤優(yōu)化組合，達(dá)到節(jié)能減排效果。

[1] 曾東，鄭守忠，蔡崧.流化床煤燃燒中氧化亞氮生成機(jī)理研究 [J]，熱力發(fā)電，2000(1)：17-19.

[2] 任維，呂俊復(fù)，張建勝等.焦炭流化床燃燒條件下氧化亞氮生成過程的實(shí)驗(yàn)研究 [J].熱能動(dòng)力工程，2005，20 (1)：18-21.

[3] 李三軍.鍋爐效率實(shí)時(shí)計(jì)算的困難及解決方法 [J]，青海電力，2008，27(4)：49-51.

Research of Nitrous Oxide Emission Characteristics on Lignite Circulating Fluidized Bed

QIU Yalin
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

The research of nitrous oxide emission characteristics on lignite circulating fluidized bed was carried out，the Various parameters effect about the nitrous oxide emissions was studied.Thus the way of reduce nitrous oxide emission concentration was sought.

Circulating fluidized bed boiler(CFBB)；Nitrous oxide(N2O)；Greenhouse gases；Emission characteristics

TK22

B

1006-7345(2014)05-0100-03

2014-08-24

邱亞林 (1980)，高級(jí)工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，主要從事動(dòng)力工程方面工作 (e-mail)charlin＠stu.xjtu.edu.cn。