循环流化床SO2NOx影响因素及综合控制探讨.docx

循环流化床SO2、NOx影响因素及综合控制探讨作者：郑炜 刘彦霞[摘要] 结合实例火电厂循环流化床锅炉运行工况及污染物排放情况，对锅炉中SO2、NOx的生成机制进行研究，分析脱硫剂、床温、空气过量系数等因素对污染物排放浓度的影响。探讨综合控制SO2、NOx排放浓度，并针对超低排放改造高峰期内，为环保设施改造升级、技术优化，以及循环流化床锅炉的运行提供参考。[关 键 词] 循环流化床 二氧化硫 氮氧化物 综合控制1 前言循环流化床鉴于它本身的性能特点，燃料及脱硫剂经多次返料循环，另外其运行床温较低，污染物产生浓度低，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，被业内一致称为环保型锅炉。本文基于由无锡华光锅炉股份有限公司设计的中盐吉兰泰化集团自备电厂 2×480t/h循环流化床，配套2×135MW 供热凝汽式轮发电机组，采用炉内喷钙脱硫工艺，循环流化床低氮燃烧技术。火力发电厂是我国一次能源消耗及污染物排放大户，是大气污染物主要来源之一［1］。对锅炉中SO2、NOx的生成机制进行研究，分析脱硫剂、床温、空气过量系数等因素对污染物排放浓度的影响。探讨综合控制污染物排放浓度，并针对超低排放改造高峰期内，为环保设施改造升级、技术优化，以及循环流化床锅炉的运行提供参考。2 燃料特性中盐吉兰泰化集团自备电厂 2×480t/h循环流化床燃用煤质由内蒙古阿拉善、乌海及周边煤矿供给，主要是低热值烟煤及矸石组成。煤质工业分析如表1所示：表1 煤质工业分析项目单位指标全水分Mt%5.52空气干燥基水分Mad%1.36灰分Aad%47.81挥发分Vad%16.06收到基全硫St,ar%1.82空气干燥基固定碳FCad%34.77弹筒发热量Qb,adcal/g3658空干基高位发热量Qgr,adcal/g3613收到基低位发热量Qnet,adcal/g32803 循环流化床锅炉SO2生成机理(1)循环流化床内，煤在高温加热下，氧化性气氛发生如下反应： 即 (2)煤加热热解释放挥发分时，硫醇RSH氧化反应最终生成SO2和烃基R: (3) 单质硫分子式聚合，其分子式为S8，氧化反应链锁反应如下： （4）SO在遇到氧时（即在氧化性气氛下）： （5）煤中的可燃硫在还原性气氛中主要生成H2S，H2S在遇到氧时（即在氧化性气氛下）： （6）CS2和COS中的硫在氧化性气氛下转化成SO2： 4 循环流化床锅炉NOx生成机理（1）热力型NOx：热力型是由空气中的氮气高温氧化而成。的生成与氧原子的存在成正比，反应速度随温度的升高而加速，当煤粉炉中的温度升至1600℃时，热力型可占到炉内总量的25％-30％，热力型NOx中绝大部分是NO，在床温在1350℃以下时，几乎没有热力型NOx的生成。在循环流化床锅炉中，床温较低，一般在800℃~950℃，因此，热力型NOx的生成量很少，一般只占循环流化床锅炉总NOx的5%左右。（2）燃料型NOx煤中氮的主要存在形式是碳氢化合物结合成氮的环状或链状化台物（芳香杂环氮化物、砒啶和砒咯及其衍生物）氧化形成，燃料型NOx是循环流化床中生成NOx的主要部分，含量常超过95%[5]。（3）快速型NOx当碳氢化合物燃料过浓燃烧时，在反应区附近会快速生成NOx，它是燃料燃烧时产生的烃(CH)等撞击空气中的氮分子生成的CN、HCN等再被氧化而来。快速型NOx受温度影响不大，在流化床锅炉燃烧条件下，一般不考虑快速型NOx。5试验及因素分析本文所涉及试验及数据分析均以中盐吉兰泰化集团自备电厂 2×480t/h循环流化床锅炉为准。该厂采用炉内喷钙（石灰石粉）脱硫方式。在800-900℃时，石灰石受热分解成CO2和多孔CaO，CaO与SO2发生反应生成CaSO4。由于循环流化床锅炉旋风分离器，回收未完全反应的脱硫剂返回炉膛利用。同时，循环流化床较低的燃烧温度确保CaO不会烧结。5.1床温对SO2、NOx的影响床温的高低主要影响脱硫反应速率、脱硫剂的分解速度，从而直接影响干法脱硫效率，有关研究表明，循环流化床的脱硫效率与床温的关系如下图一所示：图一 床温对脱硫效率的影响床温达到800℃后，随着床温的升高，脱硫剂的分解速度加快，脱硫效率逐渐升高。在850℃-900℃时，脱硫效率达到最佳值。900℃以上时，由于CaO表面被烧结，反应有效表面减少，脱硫效率开始逐渐下降。图二是2#机组NOx排放浓度随床温变化的曲线图二 2#机组床温对NOx排放浓度的影响由上图看出：NOx排放浓度随机组床温成正比变化，床温越高，NOx排放浓度越高，反之亦然。但是，床温低时，化学不完全燃烧，损失增加，灰渣可燃物含量增加，锅炉效率降低。5.2脱硫剂对SO2、NOx的影响在循环流化床锅炉中，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NO