发布时间 : 星期四 文章循环流化床锅炉氮氧化物生成与控制分析更新完毕开始阅读b828edd669dc5022abea003d
3．5 分段燃烧 3．5．1 二段燃烧
二段燃烧是流化床燃烧中最常采用的方法，它实际上是通过降低密相床中O2的浓度来降低氮氧化合物的排放，但O2降低量太多会降低脱硫和燃烧效率。
Shimizu(1991)研究发现二段燃烧中一次风率在0.9~1.0时对氮氧化合物排放的影响最大，对挥发分含量高、中、低的三中煤的燃烧试验发现一次风率提高，NOx和N2O的排放量均增大；分段燃烧时SO2和CO的排放也有不同程度的下降，因此它是一种安全可行的燃烧方式。
3．5．1．1 三段燃烧
平间利昌等（1997）提出了改进的三段燃烧法。试验在实验室规模的鼓泡流化床燃烧台上进行，研究发现两个主要的因素决定了对氮氧化合物的影响，即稀相段温度和一次风量与总风量以及二次风与二次燃料的当量比（试验用气体为丙烷）。当鼓泡床上部温度保持在1120K，风量比分别为0.8和0.7左右时，与单级燃烧相
比较，N2O和NOx分别降低至1/10和2/5。
3．5．1．2 反分级燃烧
Lyngfell（1995）提出了反分级燃烧的概念。反分级燃烧采取一次风量达80%，无二次风，其余20%的风量在旋风分离器后加入。试验在12MW的循环流化床试验台上进行，发现O2在燃烧段的上部降低而下部提高，N2O和NO的排放量分别为40×10-6 kg/m3和53.6×10-6 kg/m3。这种燃烧方式对脱硫没有任何影响。但燃烧效率却降低了2%，另外燃烧段上部的过低氧量对炉体的影响还有待于研究。
流化床分级燃烧的许多技术可借鉴煤分炉分级燃烧中许多成熟的技术，寻找在流化床燃烧特殊环境下的特征，是降低氮氧化合物排放和提高燃烧效率的有效手段。
4 降低N2O排放量的技术措施
4．1二次燃烧法
目前，比较有希望的N2O排放控制方法是所谓“二次燃料注射法”，即“再燃烧法（reburning ）”或“二次燃烧法（afterburning）”。该方法是在旋风分离器的入口或出口处装设若干喷嘴，向内喷射可燃物质，利用其燃烧时产生的高温（950~1000℃），通过N2O与H、OH自由基的反应或N2O与气体分子的反应，来实现N2O分解，从而降低N2O排放量。在该方法中，燃料燃烧温度和烟气在高温区的停留时间是两个重要的运行参数。实验室研究证明，用CH4和C3H8作二次燃料，可使N2O的排放量接近于零。在一台12MW循环流化床上，用液化石油气作为二次燃料进行试验，结果表明：在低过量空气条件下（<3.5%O2），N2O减少量也达60%。同时，流化
床的运行不受影响，SO2、NOx和CO的数量也未见增加。H2、CH4、C2H4、C2H6、CO等，都可作为二次燃料使用，其效果依次是H2>CH4>C2H4和C2H6>CO。此外，燃料油、木粉
和锯末也都可作为二次燃料。
4．2 床料中加入金属Fe
文献[1]提出在床料中加入金属Fe的控制方法也是颇有前途的。在以硅砂（silica sand）为床料的流化床中加入金属Fe，N2O可与Fe反应生成FeO和N2：
FeO又被炉内CO还原，重新生成金属Fe：
再生的金属Fe又与N2O重复上述的反应。这些反应过程可以不间断循环进行，
达到连续消除N2O的目的。 在实验室规模的鼓泡流化床上进行试验，在2kg低床料中加入5g金属Fe，可使80%N2O分解。如果该方法能在大型流化床锅炉上成功应用的话，将是一项廉价、简
便和高效的技术措施。
4．3 催化剂燃烧 4．3．1 灰渣的催化
流化床燃烧灰渣的组成主要有原煤的特性所决定，研究证实灰渣对NOx和N2O的分解作用是显著的。对原煤和去灰的褐煤及无烟煤在流化床燃烧后成分分析表明：在770K~1170K的燃烧温度范围内，灰分的催化作用减少了燃料氮向氮氧化合物的转
化。因此，利用灰渣的循环也是降低N2O和NOx排放的一种手段。
4．3．2 金属氧化物催化
Miettinen（1991）通过实验研究了流化床燃烧中不同金属氧化物对N2O的分解作用的能力，排序为Fe3O4>Fe2O3>CaO>MgO>Al2O3>CaSO4>MgSO4>SiO2。其中，钙氧化合物是流化床燃烧中最总要的金属氧化物，目前公认的结论为：它在脱硫的同时，对N2O有一定的分解作用，但NO的排放增加。如Hayhurst（1996）在实验室规模的鼓泡流化床上发现，钙氧化物的存在使NOx增加约20倍，N2O略有降低。Bonn(1995)等则发现CaO对N2O几乎没有影响。产生不同结果的原因主要由两点：操作条件的差异，主要时燃烧温度、钙硫比、过量氧率、煤种等；其次是CaO的特性，主要是所含的成分。催化剂降低氮氧化合物排放的效率相当高，氮离工业应用尚需一段时间。
4．3．3 选择性非催化还原（SNCR）
SNCR最常用的还原剂为胺和尿素。Shimizu（1991）在单级燃烧中距离布风板0.78处加入NH3，当炉温高于1123K时，N2O增加了39×10-6～59×10-6kg/m3。在二次风上部喷入NH3时，NOx降低，而N2O同样上升。在密相床中喷入NH3, NOx、N2O的排放量均提高 。一些研究则发现燃烧温度、添加剂、喷胺速度和喷入点等对N2O的
排放均有影响，N2O的生成与NO的分解比大致为5%~50%。 实际生产中使用NH3还会引起其他一些问题，如喷过量NH3会导致排放量增加，而产生新的污染，储存、处理和运输等方法在流化床燃烧中降低N2O的可行性较小。
4．3．4选择性催化还原（SCR）
SCR技术70年代起源于日本，在NO的控制中广泛地应用，但对N2O控制的研究很少。SCR通常采用的方法是注入NH3时还加入其他催化剂。常用催化剂有Ti，V，W，Mo，Mg，Al，Fe， Na，K，C，Cu，V2O5-WO3/TiO2，MnOx/Al2O3，Pt/CoOx/SiO2，Tb-Rh/ Al2O3，Ce-Pd/ Al2O3等。催化剂对N2O的分解主要要考虑其失活和运行问题。
在流化床燃烧中，颗粒停留时间长、混合充分、燃烧为低温燃烧这种特定的环
境中，催化剂燃烧有一定的发展前途。
5． 结束语
目前，国际上对流化床锅炉排放NOx和N2O的问题越来越重视，都在积极开展相关研究。我国电力行业也要跟上当前世界的研究步伐，在发展和应用流化床锅炉技术的同时，开展对NOx和N2O排放的基础研究，探索其生成规律研究相应的控制措施，
达到减少污染、保护环境和造福人类的目的。
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Factors of Affecting NOx and N2O Formation and Control Measure In
Circulating Fluidized Bed Boilers
Abstract: Based on the basic characteristics of fuel combustion process in CFB, NOx and N2O formation mechanism is studied, the parameters affecting NOx and N2O concentration are analyzed and the measure
controlling NOx and N2O emission are found out . Key words: fluidized bed boiler , nitrous oxide, discharge ,control