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摘要：随着空气速度的进一步增加，床内有气泡。气泡的形成和固体颗粒的床层表现出沸腾液体的特性，在这一阶段，床层被称为“鼓泡流化床”。由于较高的速度，气泡形成和消失很快，导致颗粒从流化床中吹出，一些颗粒必须重新循环以保持稳定的系统，称为“循环流化床”。流化床技术有鼓泡流化床、循环流化床和加压流化床技术，加压流化床正处于发展阶段，世界范围内循环流化床的应用日益增多。鉴于此，文章结合笔者二十几年的从业经验，对循环流化床锅炉低氮燃烧改造及运行优化提出了一些建议，仅供参考。
关键词：循环流化床锅炉;低氮燃烧改造;运行优化措施
引言
循环流化床锅炉技术是在鼓泡床锅炉的基础上发展出来的较为先进的技术，在这之前，旧锅炉的改造和新锅炉的研发为此提供了数据和丰富的经验。此次超低排放改造不但有效降低了我公司1#、2#CFB锅炉多污染物的排放浓度，使得NOx、SO2和烟尘排放可以满足国家超低排放标准，而且增加了锅炉效率。
1、锅炉基本特性
1#、2#锅炉型号为：NG-90/9.8-M，高温高压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架π型布置。炉膛采用膜式水冷壁，两个蜗壳式绝热旋风分离器，在炉膛内布置三片屏式过热器受热面。两侧旋风分离器入口水平烟道分别布置3支脱硝喷枪及分离器顶部1支脱硝喷枪，喷入适量的氨水来去除烟气中的NOX，脱硝后的烟气依次经过尾部竖井烟道布置的两级四组对流过热器、过热器下方布置的二组光管省煤器及一、二次风空气预热器，由尾部烟道进入布袋除尘器、半干法脱硫经除尘后进入引风机，后经煙囱排出。
2、循环流化床锅炉低氮燃烧改造
根据当时环保指标控制设计，氮氧化物原始浓度300mg/m3左右，无法满足日益严峻的环保要求，必须要对其进行炉内低氮改造。锅炉目前运行的现状：（1）运行床温偏高，明显高于设计值，远高于对降低NOX和SO2原始排放有利的床温890℃。为降低床温，运行中保持较高的一次风量，一、二次风量比达55：45，不符合设计要求。高床温和高一次风率运行均会导致NOX原始排放值升高，对减排不利。（2）高床温运行、脱硫效率降低等原因会导致一些工况下SO2排放超标，运行中会选择投用炉内石灰石脱硫系统。NOX的原始生成值随炉内石灰石粉投用量的增加而升高，对NOX达标排放不利。（3）脱硝系统运行中存在氨水消耗量大，氨逃逸高，脱硝效率低的问题（4）负荷较低时，半干法脱硫系统无法投运，而且不稳定，经常出现塔床现象，对锅炉来讲具有极大的安全隐患。（5）为了降低SO2排放指标值，运行人员往炉内石灰石喷入过量，钙硫比失常，由于碳酸钙颗粒偏细，粘度增加，流动性急剧下降，导致回料不畅，外循环停滞现象。（6）当煤质含硫率波动较大时，二级脱硫系统反应滞后，容易造成二氧化硫超标。
鉴于以上循环物料分离效率低、循环量小、实际床温偏高、一次风量偏大等因素。本次技改低氮脱硝改造拟从提高锅炉循环物料系统分离效率提高循环量，改善床层质量，以及降低炉膛运行温度，调整一二次风比例，调整二次风口设计，控制底部燃烧含氧量等方面进行。主要内容有：（1）对下部流化床进行缩床处理。同时对原有风帽进行更换成低流阻大风帽，风帽个数由原来的391只减少一半，采用前后增加浇注料方式，缩小燃烧室面积，由原来的23m2减至15m2，保证下部床的流化燃烧。（2）对分离器入口进行缩小处理，提高分离效率;分离器进口流速按28-30m/s进行设计。（3）更换返料系统，从分离器锥段下部开始，全部更换返料腿，返料床料腿变细，返料腿上部直管段内径由原来的600mm变为500mm。（4）NOx的初始排放浓度很高，为满足环保排放要求，锅炉尾部受热面应增设SCR脱硝装置。SCR布置在上级省煤器和中级之间，锅炉内部去掉中级省煤器，将下级省煤器下移，留出空间，重新制作与布置中级省煤器。（5）炉内增加2片水冷屏，大约80m2，降低床温。（6）二次风改造： 二次风口由两层变一层，提高二次风口位置，加大下部密相区还原性气氛空间，减少 NOx 生成;改造后单个喷口动能增加，有利于二次风扰动，降低飞灰含碳量。具体做法为： 封堵原有的二次风口，用钢板、抓钉和耐磨可塑料封堵。保留前墙石灰石喷管。 新二次风口采用单层布置、大动量、低阻力、强穿透力二次风设计，口径加大，标高抬高。
3、循环流化床锅炉低氮燃烧运行优化措施
3.1氮氧化物的脱除工艺
NOx的脱除同样采用炉内炉外相结合的方式。炉内采用SNCR脱硝工艺，用氨水作为还原剂，稀释后的氨水和工厂风混合，通过喷嘴喷入烟气中，与烟气中的NOx进行反应。化学反应为：NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O通常系统所采用的氨水浓度为20%～25%，稀释到5%左右通过喷枪喷入锅炉炉膛出口段，在氨水雾化的瞬间捕捉烟气中的NOx并迅速与之反应，达到脱除NOx的目的。炉外拟采用臭氧脱硝系统，主要用于低负荷时降低氮氧化物的辅助手段。臭氧发生器出口装有浓度监测仪，根据臭氧喷入口之前和脱硫塔出口所监测的NOx浓度来控制臭氧的喷入量，加入臭氧后低价的NOx氧化生成高价的NOx，即臭氧与NO和NO2迅速反应生成可溶的N2O5，N2O5与脱硫塔内的石灰石浆液反应生成硝酸盐。处理NOx的过程中，臭氧同时将烟气中的部分SO2氧化为SO3，同步提高了脱硫效率。
3.2提高塔内净化效率
为提高脱硫塔内烟气的综合处理效果，对脱硫塔内各组件进行优化设计，更换气动脱硫单元下喷淋层及对应喷嘴，提高喷嘴雾化效果，使雾化效果达到Dv50<2900μm;Dv32<2400μm;让雾滴分布尽可能一致、均匀。同时在喷淋层高度上优化，喷淋层喷嘴布置方向由单独向上喷更改为上下喷，充分提高喷嘴喷出的雾化浆液与烟气的接触面和纵深高度。技术改造升级后原4台浆液循环泵运行实现3台运行1台备用。按其中功率最小的一台泵133kW计算，年节省电能116.5万kW·h，年节约电耗成本约62.91万元。 3.3脱硝喷枪的选型优化
现有锅炉采用了SNCR脱硝工艺，SNCR采用20%浓度的氨水为还原剂，炉内脱硫工艺、电袋除尘器技术。为符合浙江省小火电“50355”达标排放，拟采用SNCR-SCR脱硝方法。混合SNCR-SCR工艺具有2个反应区，通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷入第1个反应区—炉膛，在高温下还原剂与NOx在没有催化剂参与的情况下发生还原反应，实现初步脱硝。然后未反应的还原剂进入混合工艺的第2个反应区SCR反应器，在有催化还原的情况下进一步脱硝。SCR最佳反应温度区间300℃～420℃，而现场省煤器布置空间受限，低负荷时反应区间又没有，考虑到费用因素，需在后期做进一步改造。根据当前情况，同步采用了新型喷枪选型优化，同时对稀释浓度配比的改变，脱硝效率提升明显，取得了良好的控制效果。
3.4通过旋风分离器及返料器改造提升效率
将旋风分离器进口水平烟道重新设计改造，扩大炉膛出口到水平烟道截面积，降低水平烟道到分离器的截面积，缩小水平烟道通流面积，增加流速，提高旋风分离器效率。返料器改造主要是对风帽型式的改变以减小小孔堵塞和增加风帽个数使布风更加均匀。返料风机分左右料退单独设置，通过返料器风箱单独进风，减小抢风扰动。
3.5增设烟气再循环系统
锅炉增设了一套烟气再循环系统，通过引风机出口公用烟道引出一路管子至空预器出口，风量大约总风量的15%左右，在保證锅炉正常流化的同时，以降低炉底含氧量，从而降低锅炉低负荷工况氮氧化物生成。循环风机采用变频，以降低厂用电率，功率130Kw，前后增加挡板门，中间增加调节门以控制风量。
3.6提升防磨损技术
在循环流化床锅炉运行过程中，由于燃料的高速运动和燃烧造成的高温摩擦对锅炉本体造成了极其严重和不可逆转的永久性损伤。这一缺陷大大缩短了锅炉设备的使用寿命，增加了生产成本。因此，探索降低材料磨损的技术，开发更多的耐磨炉料是今后循环流化床锅炉技术的新发展方向。
结束语
循环流化床锅炉由于具有燃烧效率高、污染排放低、燃料适应性广等优点，在我国得到了广泛的应用。但是，循环流化床锅炉在大规模商业化过程中仍存在着长期不能满负荷运行、燃烧效率低、分离器效率低、飞灰含碳量高、结渣、受热面磨损等问题，从长远来看，该技术仍存在一些不足。随着循环流化床锅炉技术更加广泛的应用于生产当中，在市场经济条件下必将实现技术创新，更好地促进未来工业生产的可持续发展，从而促进社会文明进步。
参考文献
[1]张福强.某热电厂扩建项目的环保节能型循环流化床锅炉选型方案分析研究[J].区域供热，2018（03）：136-142.
[2]李纲.某厂DG470/9.71-1燃煤循环流化床锅炉脱硝技术改造研究[D].华北电力大学，2018.
[3]葛星垣，杜琴如.130t·h～（-1）循环流化床锅炉低氮燃烧改造实践[J].能源研究与信息，2017，33（04）：211-216.
[4]朱焕青，叶宏海，何麟.大型化工装置配套循环流化床锅炉低氮燃烧改造研究[J].科技创新与应用，2017（31）：65+67.
[5]任志宏.论循环流化床锅炉的环保特性[J].甘肃科技，2017，33（19）：29-30+66.
关键词：循环流化床锅炉;低氮燃烧改造;运行优化措施
引言
循环流化床锅炉技术是在鼓泡床锅炉的基础上发展出来的较为先进的技术，在这之前，旧锅炉的改造和新锅炉的研发为此提供了数据和丰富的经验。此次超低排放改造不但有效降低了我公司1#、2#CFB锅炉多污染物的排放浓度，使得NOx、SO2和烟尘排放可以满足国家超低排放标准，而且增加了锅炉效率。
1、锅炉基本特性
1#、2#锅炉型号为：NG-90/9.8-M，高温高压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架π型布置。炉膛采用膜式水冷壁，两个蜗壳式绝热旋风分离器，在炉膛内布置三片屏式过热器受热面。两侧旋风分离器入口水平烟道分别布置3支脱硝喷枪及分离器顶部1支脱硝喷枪，喷入适量的氨水来去除烟气中的NOX，脱硝后的烟气依次经过尾部竖井烟道布置的两级四组对流过热器、过热器下方布置的二组光管省煤器及一、二次风空气预热器，由尾部烟道进入布袋除尘器、半干法脱硫经除尘后进入引风机，后经煙囱排出。
2、循环流化床锅炉低氮燃烧改造
根据当时环保指标控制设计，氮氧化物原始浓度300mg/m3左右，无法满足日益严峻的环保要求，必须要对其进行炉内低氮改造。锅炉目前运行的现状：（1）运行床温偏高，明显高于设计值，远高于对降低NOX和SO2原始排放有利的床温890℃。为降低床温，运行中保持较高的一次风量，一、二次风量比达55：45，不符合设计要求。高床温和高一次风率运行均会导致NOX原始排放值升高，对减排不利。（2）高床温运行、脱硫效率降低等原因会导致一些工况下SO2排放超标，运行中会选择投用炉内石灰石脱硫系统。NOX的原始生成值随炉内石灰石粉投用量的增加而升高，对NOX达标排放不利。（3）脱硝系统运行中存在氨水消耗量大，氨逃逸高，脱硝效率低的问题（4）负荷较低时，半干法脱硫系统无法投运，而且不稳定，经常出现塔床现象，对锅炉来讲具有极大的安全隐患。（5）为了降低SO2排放指标值，运行人员往炉内石灰石喷入过量，钙硫比失常，由于碳酸钙颗粒偏细，粘度增加，流动性急剧下降，导致回料不畅，外循环停滞现象。（6）当煤质含硫率波动较大时，二级脱硫系统反应滞后，容易造成二氧化硫超标。
鉴于以上循环物料分离效率低、循环量小、实际床温偏高、一次风量偏大等因素。本次技改低氮脱硝改造拟从提高锅炉循环物料系统分离效率提高循环量，改善床层质量，以及降低炉膛运行温度，调整一二次风比例，调整二次风口设计，控制底部燃烧含氧量等方面进行。主要内容有：（1）对下部流化床进行缩床处理。同时对原有风帽进行更换成低流阻大风帽，风帽个数由原来的391只减少一半，采用前后增加浇注料方式，缩小燃烧室面积，由原来的23m2减至15m2，保证下部床的流化燃烧。（2）对分离器入口进行缩小处理，提高分离效率;分离器进口流速按28-30m/s进行设计。（3）更换返料系统，从分离器锥段下部开始，全部更换返料腿，返料床料腿变细，返料腿上部直管段内径由原来的600mm变为500mm。（4）NOx的初始排放浓度很高，为满足环保排放要求，锅炉尾部受热面应增设SCR脱硝装置。SCR布置在上级省煤器和中级之间，锅炉内部去掉中级省煤器，将下级省煤器下移，留出空间，重新制作与布置中级省煤器。（5）炉内增加2片水冷屏，大约80m2，降低床温。（6）二次风改造： 二次风口由两层变一层，提高二次风口位置，加大下部密相区还原性气氛空间，减少 NOx 生成;改造后单个喷口动能增加，有利于二次风扰动，降低飞灰含碳量。具体做法为： 封堵原有的二次风口，用钢板、抓钉和耐磨可塑料封堵。保留前墙石灰石喷管。 新二次风口采用单层布置、大动量、低阻力、强穿透力二次风设计，口径加大，标高抬高。
3、循环流化床锅炉低氮燃烧运行优化措施
3.1氮氧化物的脱除工艺
NOx的脱除同样采用炉内炉外相结合的方式。炉内采用SNCR脱硝工艺，用氨水作为还原剂，稀释后的氨水和工厂风混合，通过喷嘴喷入烟气中，与烟气中的NOx进行反应。化学反应为：NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O通常系统所采用的氨水浓度为20%～25%，稀释到5%左右通过喷枪喷入锅炉炉膛出口段，在氨水雾化的瞬间捕捉烟气中的NOx并迅速与之反应，达到脱除NOx的目的。炉外拟采用臭氧脱硝系统，主要用于低负荷时降低氮氧化物的辅助手段。臭氧发生器出口装有浓度监测仪，根据臭氧喷入口之前和脱硫塔出口所监测的NOx浓度来控制臭氧的喷入量，加入臭氧后低价的NOx氧化生成高价的NOx，即臭氧与NO和NO2迅速反应生成可溶的N2O5，N2O5与脱硫塔内的石灰石浆液反应生成硝酸盐。处理NOx的过程中，臭氧同时将烟气中的部分SO2氧化为SO3，同步提高了脱硫效率。
3.2提高塔内净化效率
为提高脱硫塔内烟气的综合处理效果，对脱硫塔内各组件进行优化设计，更换气动脱硫单元下喷淋层及对应喷嘴，提高喷嘴雾化效果，使雾化效果达到Dv50<2900μm;Dv32<2400μm;让雾滴分布尽可能一致、均匀。同时在喷淋层高度上优化，喷淋层喷嘴布置方向由单独向上喷更改为上下喷，充分提高喷嘴喷出的雾化浆液与烟气的接触面和纵深高度。技术改造升级后原4台浆液循环泵运行实现3台运行1台备用。按其中功率最小的一台泵133kW计算，年节省电能116.5万kW·h，年节约电耗成本约62.91万元。 3.3脱硝喷枪的选型优化
现有锅炉采用了SNCR脱硝工艺，SNCR采用20%浓度的氨水为还原剂，炉内脱硫工艺、电袋除尘器技术。为符合浙江省小火电“50355”达标排放，拟采用SNCR-SCR脱硝方法。混合SNCR-SCR工艺具有2个反应区，通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷入第1个反应区—炉膛，在高温下还原剂与NOx在没有催化剂参与的情况下发生还原反应，实现初步脱硝。然后未反应的还原剂进入混合工艺的第2个反应区SCR反应器，在有催化还原的情况下进一步脱硝。SCR最佳反应温度区间300℃～420℃，而现场省煤器布置空间受限，低负荷时反应区间又没有，考虑到费用因素，需在后期做进一步改造。根据当前情况，同步采用了新型喷枪选型优化，同时对稀释浓度配比的改变，脱硝效率提升明显，取得了良好的控制效果。
3.4通过旋风分离器及返料器改造提升效率
将旋风分离器进口水平烟道重新设计改造，扩大炉膛出口到水平烟道截面积，降低水平烟道到分离器的截面积，缩小水平烟道通流面积，增加流速，提高旋风分离器效率。返料器改造主要是对风帽型式的改变以减小小孔堵塞和增加风帽个数使布风更加均匀。返料风机分左右料退单独设置，通过返料器风箱单独进风，减小抢风扰动。
3.5增设烟气再循环系统
锅炉增设了一套烟气再循环系统，通过引风机出口公用烟道引出一路管子至空预器出口，风量大约总风量的15%左右，在保證锅炉正常流化的同时，以降低炉底含氧量，从而降低锅炉低负荷工况氮氧化物生成。循环风机采用变频，以降低厂用电率，功率130Kw，前后增加挡板门，中间增加调节门以控制风量。
3.6提升防磨损技术
在循环流化床锅炉运行过程中，由于燃料的高速运动和燃烧造成的高温摩擦对锅炉本体造成了极其严重和不可逆转的永久性损伤。这一缺陷大大缩短了锅炉设备的使用寿命，增加了生产成本。因此，探索降低材料磨损的技术，开发更多的耐磨炉料是今后循环流化床锅炉技术的新发展方向。
结束语
循环流化床锅炉由于具有燃烧效率高、污染排放低、燃料适应性广等优点，在我国得到了广泛的应用。但是，循环流化床锅炉在大规模商业化过程中仍存在着长期不能满负荷运行、燃烧效率低、分离器效率低、飞灰含碳量高、结渣、受热面磨损等问题，从长远来看，该技术仍存在一些不足。随着循环流化床锅炉技术更加广泛的应用于生产当中，在市场经济条件下必将实现技术创新，更好地促进未来工业生产的可持续发展，从而促进社会文明进步。
参考文献
[1]张福强.某热电厂扩建项目的环保节能型循环流化床锅炉选型方案分析研究[J].区域供热，2018（03）：136-142.
[2]李纲.某厂DG470/9.71-1燃煤循环流化床锅炉脱硝技术改造研究[D].华北电力大学，2018.
[3]葛星垣，杜琴如.130t·h～（-1）循环流化床锅炉低氮燃烧改造实践[J].能源研究与信息，2017，33（04）：211-216.
[4]朱焕青，叶宏海，何麟.大型化工装置配套循环流化床锅炉低氮燃烧改造研究[J].科技创新与应用，2017（31）：65+67.
[5]任志宏.论循环流化床锅炉的环保特性[J].甘肃科技，2017，33（19）：29-30+66.