大型褐煤循环流化床锅炉氧化亚氮排放特性

邱亚林

(云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

大型褐煤循环流化床锅炉氧化亚氮排放特性

邱亚林

(云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

针对褐煤循环流化床开展氧化亚氮排放特性的研究，掌握不同参数对氧化亚氮排放的影响，从而提出降低氧化亚氮排放浓度的方法。

循环流化床锅炉；氧化亚氮；温室气体；排放特性

1 循环流化床锅炉排放特性

流化床燃烧是一种先进的燃煤技术，可降低NOx的排放，实现煤的高效、洁净利用。由于流化床的燃烧温度较低 (800℃～950℃)，其N2O的排放量远高于传统粉煤燃烧锅炉中N2O的排放浓度。N2O强烈吸收红外幅射而造成温室效应，并能破坏臭氧层。N2O是同摩尔CO2造成温室效应的200多倍。其在大气中的浓度正以每年0.2%～0.4%的速度增加。在保证循环流化床清洁燃烧特性的基础上，尽量减少其温室气体的排放是一个重要的研究方向。

2 测试方案

为了测量氧化亚氮，试验中采用了2030型MultiGas傅立叶变换红外气体分析仪，该分析仪可分析含水量高达30%的气流，能同时分析从ppb量级到百分量级的多达30种气体组分。其工作原理为：气体进入检测池后，其组分吸收红外线。吸收光谱强度和频带分布与原子的化学键及化学键强度相关。每一种红外吸收气体的吸收光谱是独一无二的 (具有特征性)。MultiGas测量吸收光谱，采用预装的处理程序进行算法处理，求得各种气体的相应浓度。MS2000软件可以容许仪器连续测量、显示、记录气样的测试结果。

氧化亚氮烟气测量点安装在引风机出口处，采用伴热管将烟气引入傅立叶分析仪和ABB烟气分析仪 (主要测量氧量)，在300 MW褐煤循环流化床锅炉机组上进行相关测试工作。

3 试验结果及分析

3.1 氧量对氧化亚氮排放影响

针对电厂主要的燃煤，进行了循环流化床燃烧试验。当炉膛氧量从1.12%增加到2.84%时，燃煤燃烧时产生的N2O也增加，在氧量较低时，氧量对N2O的影响比较高时对N2O的影响大，这是因为当过量空气系数较低时，由于不完全燃烧，有CO存在，而CO在有金属氧化物存在时对N2O有分解作用，另外，烟气中的H，OH和O自由基也对N2O有分解作用，因此，氧量越大，H、O和OH自由基的浓度越低，N2O的生成量越大。

图1 氧量对氧化亚氮排放的影响

图1 中炉膛氧量从1.12%上升至2.84%时，氧化亚氮排放浓度也随着氧量的升高而升高，从8.79 ppm 上升至 15.64 ppm，上升幅度为77.93%。

3.2 床温对氧化亚氮排放影响

温度是影响N2O生成的主要因素，温度升高时N2O降低，是因为NCO(生成N2O的中间产物)被其他并不生成N2O的竞争反应夺走了，所以高温下N2O生成量小。高温下NO是HCN氧化的主要产物。所以随着温度的升高，NO增加而N2O减少。H和0H对N2O的分解和消减具有重要的作用。

图2 床温对氧化亚氮排放的影响

从图2可以看出，随着床温从771.97℃上升至813.99℃过程中，氧化亚氮排放浓度逐渐减小，从29.11 ppm降低至18.58 ppm，降低幅度36.17%。此外从自脱硫 (无石灰石投入)条件下随着床温的升高氧化亚氮排放浓度也逐渐降低，具体见图3。

3.3 床压对氧化亚氮排放影响

床压的大小直接反映了炉膛内物料的多少(或物料浓度)，理论上分析床压增大时，整个炉膛内的物料浓度增加，由于褐煤属于高挥发份煤种，床压的增大使得原煤在整个炉膛高度上的分布向上偏移，即炉膛上部的原煤浓度增加，导致氧化亚氮的增加，从理论上分析，降低氮氧化物应将燃烧区域集中在炉膛密相区，减少氧化亚氮的外漏，同时利用密相区的高温降低氧化亚氮的生成量。

图3 自脱硫条件下床温对氧化亚氮排放的影响

图4 炉膛密相区床压对氧化亚氮排放的影响

从图4可以看出，随着床压从5.48 kPa上升至7.05 kPa过程中，氧化亚氮从12.98 ppm上升至17.77 ppm，上升幅度36.90%。

3.4 二次风配风对氧化亚氮排放影响

二次风配风方式 (内外二次风质量流量比)从原理上来讲主要是影响了炉膛密相区内的氧环境浓度，通过调整二次风的穿透能力，人为形成氧化区和还原区，图5上可看出上下二次风均等配风方式下氧化亚氮排放浓度最高，而形成上下二次风偏差越大氧化亚氮浓度越低，因此在不影响燃烧的情况下可适当加大内外二次风的偏差。

图5 二次风配风方式对氧化亚氮排放的影响

4 氧化亚氮减排试验

根据对氧化亚氮排放规律的研究，通过优化组合，对氧化亚氮排放进行了优化，在减少氧化亚氮方面，降低运行氧量，提高燃烧温度 (增加炉膛密相区床温)，减小床压，并尽可能减小内外二次风比例。

试验中为了保证二氧化硫的排放浓度不升高，在进行优化的过程中没有进行深度优化，仅仅综合对各参数进行整合。

氮氧化物NO及NO2的排放规律与N2O存在一定的异同，在进行降低氧化亚氮的同时应减少其他氮氧化物的排放，因此根据前期的研究结果进行了氮氧化物综合减排的试验研究。

5 结束语

优化前后在不增加二氧化硫排放浓度的条件下，氧化亚氮从原来的 33.39 mg/m3下降至20.18 mg/m3，减排幅度为39.56%。在正常运行条件下，通过适当的调节手段能有效降低氧化亚氮的排放浓度，根据云南省内6台大型循环流化床机组，按年利用5 000 h计算，每年可减排氧化亚氮396.3 t，相当于减排二氧化碳11.81万吨。

氧化亚氮在减排机理中需要进行二氧化硫及氮氧化物的综合减排考虑，而氧化亚氮的减排中存在二氧化硫脱除、氮氧化物脱除等减排，使得最终的优化变得更加复杂，需要进一步的研究，以便全盘优化组合，达到节能减排效果。

[1] 曾东，郑守忠，蔡崧.流化床煤燃烧中氧化亚氮生成机理研究 [J]，热力发电，2000(1)：17-19.

[2] 任维，吕俊复，张建胜等.焦炭流化床燃烧条件下氧化亚氮生成过程的实验研究 [J].热能动力工程，2005，20 (1)：18-21.

[3] 李三军.锅炉效率实时计算的困难及解决方法 [J]，青海电力，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

邱亚林 (1980)，高级工程师，云南电网公司电力研究院，主要从事动力工程方面工作 (e-mail)charlin＠stu.xjtu.edu.cn。