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第 4 6卷第 5期 2 0 1 5 年 9月 锅炉技术 B0I LER TECH NOL0GY Vo1 ． 4 6 。NO ． 5 S e p t ． ，2 0 1 5 【 流化 床锅 炉】 3 0 0 MW 循环流化床锅炉 S O 2 及 N O 排放特性试验研究 吴 守城 ，陈晓平 ，胥建群 ，向文 国 ，郝勇 生 ，赵 明 ，赛俊 聪 i ．东南大学 能源热转换及其过程测控教育部重 点实验室 ，江苏 南京 2 1 0 0 9 6 ； 2 ．云南 电力试 验研 究院 集 团 有限公司 电力研究 院，云南昆明 6 4 0 0 0 0 摘要 以 3 0 0 Mw 循环流化床为研究对象 ， 基 于大量机组实测运行数据 ， 通过统计分析 的方法 研究不 同负 荷 工况下锅炉 S O 及 N 排放水平 与烟气 氧浓度 、 床温等特性参数 的关系 。研究 结果表 明 S O z排放水平 与 氧浓度呈 明显负相关性 ， 与床温呈明显 的正相关性 ， 为有效控制 S O 的排放浓度 ， 烟气氧含量控制在 6 以上 ， 床温控制在 8 6 5 ℃以下 ； NO 排放水平与氧浓度呈 明显 的正相关性 ， 为有效控制 NO x的排放浓度 ， 烟气 氧含量 控制在 7 以下 ； 综合考虑 S O 和 N O 的排放控制 ， 空气预热器人 口处氧量控制在 6 ～7 比较合适 。 关键词 循环 流化床 ；S O ；NO r ；排放特性 中图分类号 T K2 2 9 ． 6 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 5 0 5 0 0 3 1 一 O 4 0 前 言 循环 流化 床 以下 简称 “ C F B ” 燃 烧作 为一 种 洁净 煤燃 烧 技 术 ， 具 有 燃 料 适 应性 广 、 污 染 物 排 放低 等优 点 ， 在 国 内 得 到 迅 速 发 展 。据 统 计 ， 我 国现有不同容量 的循环流化床锅炉近 3 0 0 0台， 约 6 3 0 0 0 MWe的容量投入商业运行 ， 占电力行 业 中锅 炉 总台数 的三 分之 一 强 。 随着 火 电 厂大 气 污染 物 排 放 标 准 GB 1 3 2 2 3 -- 2 0 1 1 的 出 台 ， 针 对 燃煤 电站 污染 物 的 排放 提 出更 为严 格 的要 求 ， 而 S O 和 NO 作为循环流化床锅炉燃烧过程中 产 生 的 2种 最 主要 的 污染 物 ， 研 究 其 排 放 特 性具 有重要的价值 ] 。 本文以 3 0 0 Mw C F B机组运行数据为依据 ， 研 究 烟气 中 S O 和 NO 排 放 浓 度 随 负荷 变 化 的 特性 ， 并分析氧浓度 、 床温 、 钙硫摩尔 比等参 数对 其排放水平 的影响关 系， 为控制 S O 和 NO 的 排 放 水平 提 出可操 作性 建议 。 1 研 究 方 法 本文以某 3 0 0 Mw C F B机组为研究对象 ， 锅 炉本 体为 上 海 锅 炉 厂 有 限 公 司生 产 的亚 临 界 中 间再热、 单汽包 、 自然循环 的循环流化床锅炉， 燃 用 煤种 为褐 煤 。试验 过 程 中 ， 人 炉 煤 为 3种 不 同 特性的褐 煤 混合 组成 ， 其 煤 质特 性分 析如 表 1 所 示 。 表 1 煤样 的 工业分 析及 元素 分析 试 验选 取 1 1 O 9 ／ 6 ECR、 1 0 0 9 ／ 6 ECR、 9 0％ECR、 8 O ECR、 7 0 E CR、 6 0 ECR、 5 0 oAE CR 等工 况 点附近烟气污染物检测数据 具体测点布置在空 气预热器人 口前 进行分析 。由于整个试验过程 长达数 日， 各 工况 所处 时段入 炉煤存 在 细微差 异 ， 具体 情 况如 表 2所示 。 收稿 日期 2 0 1 5 0 41 7 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 2 7 6 0 3 6 作者简介 吴守城 1 9 9 0～ ， 男 ， 硕 士研究生 ， 主要从事循环流化床机组运行及建模的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 锅 炉 技术 第 4 6卷 表 2不 同机组 负荷 下入炉 煤样 组成 为减小 数 据误 差 ， 每 个 工 况 点 选 择 2 0个 数 据 ， 相邻数据时间间隔为 3 0 s 。依据火电厂大气 污染物 排 放 标 准 引， 需 将 实 测 的 S O 、 N O 排 放 浓度折算为基准氧含量下的排放浓度。 折算公式 r r， v 21 一 O2 L r 式 中 C基准污染物排放浓度 ， mg ／ Nm。 ； C 实测 污染 物排 放浓度 ， mg ／ Nm。 ； O 实测 氧含 量 ， ； O 厂基准 氧含 量 ， 6 。 经折算后 ， 对每个 工况 点处 2 o个数据求平 均值 ， 并得 出其 方差 。 2 S O 2 排放特性 S O 排放水平受燃料 中 s含量及炉 内脱 硫 反应 共 同控制 。当入 炉燃 料 的特 性 比较 稳定 时 ， 烟气 中 S O 含量主要受 C a ／ S摩尔比、 氧浓度、 床 温等因素影响。 从 S 排放浓度随负荷变化 的情 况来看 ， 负荷 低于 1 8 0 MW 时 S 0 2 排放较低 ； 在 2 2 5 MW 负荷 处 排放值 达到 2 0 0 m g ／ N m3 ； 在 2 4 0 Mw ～ 2 7 0 Mw 范围 内， 烟 气 中 S O 。含 量处 于较 低 水平 ； 而在 3 0 0 Mw 附近超过 2 0 0 mg ／ N m。的排放限值， 且 波动较大。根据图 1 ， 不 同负荷下烟气 中 S O。 含 量 与 O 浓度呈 负相 关性 。炉 内局 部 氧浓 度较 低 时 ， 脱 硫 反 应 生 成 的 C a S O 不 稳 定 ， 会 发 生下 述 还原 反应 _ 3 ] Ca S O CO Ca O S O2 C O2 1 Ca S O4 4 CO Ca S 4 COz 2 反应 1 与 反应 2 使 部 分 已 被 脱 硫 剂 吸 收 的 S O。 气体重新释放到烟气中， 增加了 S O z 排放 量 。氧浓 度作 为锅 炉燃 烧 状 态 检测 的重 要指 标 ， 与过量空气 系数 、 燃料 特性 、 炉 内燃烧情况 紧密 相关 高负荷时， 锅炉出力大， 炉膛过量空气系数 较低 ， 氧 量能维 持在 较 低水 平 ； 低 负 荷 时 ， 锅 炉燃 烧充分 ， 为保证流化 ， 一次风率较高 ， 过量空气系 数 相对 升 高 ， 氧量 也 较 高 。为 此 ， 在 2 1 0 Mw 负 荷以上应适当增大氧量， 减少炉 内形成还原性气 氛 的可 能性 ， 同时 机组 在 调配 一 次 风保 证 流 化 的 前提下 ， 适当调节二次风量避免烟气中氧浓度低 于 6 。 图 1 S O 。 含量及 O 含量随负荷变化 曲线 目 弓 旦 删 把 0 c ， 岳 骚 床温 影 响 石 灰 石 的 活 性 、 反 应 速 度 、 空 隙结 构特性 ， 进 而影 响脱 硫 效率 与 石 灰 石 利用 率 。如 图 2所示 ， 在 1 6 5 MW 负荷 以上 ， 烟气 中 S O 含 量 随床温 变 化 呈 正 相 关 性 。在 2 2 5 Mw 负 荷 以 上 ， 当床温在 8 6 5℃左右时， S O 含量相对较低 ， 而床温高于 8 8 0℃时 ， s O 含量明显升高 ， 建议 实际运行中床温保持在 8 6 5℃左右。 图 2 S O 含量及床温 随负荷变化 曲线 C a ／ S摩尔比是影响脱硫效率与 S O 。排放 的 重要因素。通常在 C a ／ S摩 尔 比低于 2 ． 5时， 随 堡 咖如N 0 累 一 f 目 N ．誊 、 删扭N 0 ∞ 壬 器 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 吴守城 ， 等 3 0 0 Mw 循 环流化 床锅炉 S Oz 及 NO 排放特性试验研究 3 3 着 C a ／ S摩尔比的增加， 脱硫效率增加较为显著 ， 但继续增大 C a ／ S摩尔比， 脱硫效率增加不明显 。 从 图 3 来 看 ， 本 试 验 中 C a ／ S与 S O z排 放 浓 度 之 间的关系与他人的研究结果有较大差异， 其原因 在于图 2中的 C a ／ S值并非实时值 ， 并 不能真实 反 映 出 C a ／ S摩尔 比对 S O 。 排 放 的影 响 。 图 3 S O 含量及钙硫 比随负荷变化 曲线 3 N O 排放特性 循 环 流 化 床 锅 炉 因 燃 烧 温 度 较 低 ， 燃 料 N 形 成 的 N 占 N 排 放 总 量 的 9 5 以上 ， 在 挥 发分燃烧 阶段 与焦 炭燃烧 阶段 生 成 的 NO 的 量 ， 主要受温度 、 过量空气 系数及燃 料含氮量 的 影 响 。 图 4中显示 N r 含量与 2 含量呈较为明显的 正相关性。N 含量总体变化范围为 1 5 0 rag ／ N m3 ～ 2 5 o mg ／ Nm。 ， 但在 1 8 0 Mw 负荷处 NO 含量 高达 3 0 0 mg ／ Nm。 。当 O 含 量 高 于 8 时 ， NO 排放 量相 对 较 高 ， o 含 量 低 于 7 时 ， NO 排 放 量 相对稳 定 。 图 4 NO 含量及 O z 含量 随负荷变 化曲线 分析认 为从 NO 生 成原 理来 看 ， 由于燃 料 N 在挥 发 分 燃 烧 过程 中形 成 HC N 等 中 间产 物 ， 烟 气 中 O 含 量 高 ， 会促 进 HC N NH。的转 化 ， 使 得 NO 生成量也相应增大[ 3 ； 由于脱硫反应中 添加 的石灰石 脱硫 剂对 No 也有 明显 的影 响 ， 研 究 表 明石灰 石对 NO 生成 具有催 化作 用 ， 过多 的 石灰石未反应夹杂 在床料 中， 是燃料 N转化 为 NO与 N 的强催化剂 ， 也是 C O、 H 还原 NO的 强催化剂 ， 同时在氧化性气 氛下生石灰也是 N O 分 解成 NO 的强 催 化 剂_ 4 ] ， 故 在 保证 脱 硫 反 应 效 率 的同时应 适 当减少 脱硫 剂 的投入 ， 以抑 制 NO 的生 成 。建议 C a ／ S摩 尔 比控 制在 1 ． 8 ～ 2 ． 2 ， 且 空气预热器人 口处 O 含量控制在 7 左右为宜。 温度对于 NO 排放的影响已取得研究共识 ， 即随着 床温 的升高 ， NO 排放 将升高[ 3 ] ， 图 5 所示 曲线 虽未 明显 验证 这 一 结 论 。但 分析 认 为 ， NO 的排放不单受到床温的影响 ， 还受到其他影 响因素 ， 诸如脱硫剂投入量 、 烟气 中氧含量 等因 素综合作用 的结果 。故 而可 以通过调节 床温控 制 No 排放 ， 但床温的控制受到负荷 、 燃烧效率 及一、 二次风配 比等 因素制 约， 降低运行 床温并 不是最 佳 的控制 方式 。 机组负荷／ M w 图 5 NO 含量及床温随负荷变化曲线 4 结 语 1 不 同负荷 下 s o 及 NO 的排 放 量 不 仅 受燃料性质影响， 还受到床温、 烟气氧含量、 C a ／ S 摩 尔 比等 的影 响 。 2 S O z 排 放浓度 与 烟气 中 的氧浓 度 有 明显 的负相关性 ， 为有效控制 S O 的排放浓度 ， 烟气 氧 含量 不宜 过低 ， 一般 应控 制在 6 Y oo 以上 。 3 S O 排 放浓度 与床温有 明显 的正 相关 性 ， 正常负荷下 ， 床温控制在 8 6 5℃以下为宜。 一 f 目 N ． 目 I ／ 卿如N 0 ∞ 梁 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 锅炉技术 第 4 6 卷 4 NO 排放 浓 度 与 烟 气 中 的氧 浓 度 有 明 显的正相关性 ， 为有效控制 NO 的排放浓度 ， 烟 气 氧含 量控制 在 7 ％以下为 宜 。 5 综合考虑 S O 和 NO 的排放控制， 空气 预热器人口处氧含量控制在 6 ～7 ％比较适宜。 参考 文献 [ 1 ]李建锋 ， 郝继红 ， 吕俊复， 等．中国 3 0 0 MWe级循环流化床锅 炉机组运行现状分析[ J ] ．锅 炉技术 ， 2 0 1 0 5 3 7 4 1 ． E 2 ]GB 1 3 2 2 2 O 1 1 ， 火 电厂大气污染物排放标准 E s ] ．北京 中 国标准出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ]岑可法 ， 倪明江， 骆 仲泱 ， 等． 循环 流化床锅 炉理论设 计与运 行[ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 1 9 9 8 3 4 5 4 0 5 ． [ 4 ]刘志强 ， 刘青 ， 蒋文斌 ， 等．循环流化床锅炉 S 02和 NO 排放 的影响规律研究[ J ] ．锅炉技术， 2 0 1 3 3 2 3 2 7 ． I s ]白昌先 ， 朱俊平．循环流化床锅炉 S O2 和 N o 排放的影响因 素[ J ] ．现代工业经济和信息化， 2 0 1 4 8 1 6 一I 8 ． [ 6 ]吕清刚 ， 雍玉梅， 那永洁 ， 等．循环流化床燃 煤锅炉的 S Oz和 NO 排 放的试验和 数值计算[ J ] ．中 国电机 工程学报 ， 2 0 0 5 1 1 4 5 1 4 9 ． [ 7 ]王炜 ， 杨建蒙 ， 严 正波 ， 等． 大型 C F B锅炉 NO ， N2 0排放规 律和运行控制技术研究[ J ] ． 广州化工 ， 2 0 1 3 1 4 1 1 9 1 2 1 ． [ 8 ]侯祥松．循环流化床锅炉 NO和 N2 O脱除 的实验 研究[ D ] ． 北京 清华大学， 2 0 0 7 ． [ 9 ]何宏舟 ， 邹峥 ， 俞建洪 ， 等．循环流化 床锅 炉燃烧福建无 烟煤 炉 内脱硫对锅炉热效率及烟气 中 N O 排放 的影 响口] ． 电站 系统工程 ， 2 0 0 3 5 4 6 ． Re s e a r c h o n t h e S O2 a n d NO E mi s s i o n Ch ar a ct er s o f a 3 0 0 MW Ci r c u l a t i n g F l ui di z e d Be d B oi l er W U S h o u c h e n g ， CHEN Xi a o p i n g ，XU J i a n - q u n ，XI ANG W e n g u o ， HAO Yo n g s h e n g ， Z HAO Mi n g 。 ， S AI J u n c o n g 。 1 _ Ke y L a b o r a t o r y o f En e r g y Th e r ma l Co n v e r s i o n a n d C o n t r o l S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ，M i n i s t r y o f Ed u c a t i o n，Na n j i n g 2 1 0 0 9 6 ，Ch i n a ； 2 ．Yu n Na n El e c t r i c P o we r Te s t Re s e a r c h I n s t i t u t e Gr o u p C o ． ，Lt d ． ，E l e c t r i c P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ku n mi n g 6 4 0 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a ct The r e s e a r c h wa s c o nd uc t e d o n a 3 0 0 M W c i r c u l a t i n g f l ui d i z e d be d bo i l e r，b a s e d o n a l ot o f o p e r a t i ng da t a， f o c u s i ng o n t h e i n f l ue nc e s o f o xy g e n c o nc e nt r a t i o n， be d t e m p e r a t ur e o n SO2 a n d NO e m i s s i o n p e r f o r ma nc e o n d i f f e r e nt u ni t l oa d ． Th e r e s e a r c h r e s ui t s i nd i c a t e d t ha t whe n t he ox yg e n c o nc e n t r a t i o n i n c r e a s e d，SO2 c onc e nt r a t i on i n f l ue ga s d e c r e a s e d． An d wh e n t h e be d t e m p e r a t ur e i n c r e a s e d， SO2 c o n c e n t r a t i on i nc r e a s e d ． W hi l e NO e m i s s i on c o nc e n t r a t i o n wo u l d i n c r e a s e wi t h t he r i s e o f t he o xy ge n c o nc e nt r a t i o n． Af t e r t a ki ng t ho s e f a c t o r s， t h e f o l l o wi n g o pe r a t i o n p a r a me t e r s a r e r e c o mm e nd e d t h e ox y ge n c o n c e n t r a t i o n o f t h e i n l e t o f a i r p r e h e a t e r i s b e t we e n 6 a n d 7 ，t h e b e d t e mp e r a t u r e s h ou l d be un de r 8 6 5 ℃ ． K e y wor ds Ci r c u l a t i ng Fl ui d i z e d Be d； SO2； NO ； e mi s s i on c ha r a c t e r s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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