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2014年国家环保相关部门提出电站燃煤锅炉烟气排放要达到超低排放的要求以来，国内各锅炉制造厂纷纷研制低氮燃烧技术的循环流化床锅炉，并在2016年开始陆续投入运行，运行结果表明，在燃用5000kcal/kg左右的烟煤时，大多数的循环流化床锅炉，NOx原始排放均可以达到120～150mg/Nm3范围内，然后通过炉膛出口的SNCR脱硝工艺进行脱硝，就可以满足NOx≤50mg/Nm3的超低排放要求。
这些燃煤低氮燃煤技术的循环流化床锅炉运行以来，也出现了诸多的问题，例如为了烟气排放达标，设计时床温和氧量选取都比较低，带来的后果是锅炉热效率过低;有的锅炉低负荷时NOx原始排放浓度达不到≤50mg/Nm3的要求，但是炉膛出口烟气温度又不能达到SNCR脱硝温度窗口要求，喷入的氨水起不到作用，造成氨逃逸严重，引起尾部末级空预器管箱硫酸氢氨的堵塞与低温腐蚀。
针对燃煤循环流化床锅炉出现的一系列问题，作者提出个人的一些解决方案，供同行参考。
高温旋风分离器
1.1 主要问题
根据国内科研单位的研究发现，分离器分离下来的循环灰含有未燃烬的焦碳，在炉膛中可以将一部分NO还原成N和O,因此炉膛中高浓度灰有利于降低NO原始生成量，因此国内各锅炉制造厂家在研制低氮燃煤技术的循环流化床锅炉时，对高温旋风分离器的研究投入了大量的精力，来提高高温分离器的分离效率。早期设计时，设计人员选取分离器进口烟气速度为25～28m/s,使得高温旋风分离器的分离器分离效率非常高，炉膛差压达到了惊人的2.5～3KPa。带来的问题就是：
(1)锅炉满负荷运行时，炉膛差压无法控制，一直往上涨，床温一直在下降，为了维持床温，运行人员只能人工放循环灰，给锅炉运行带来了安全隐患。
(2)高温分离器筒体内的烟气阻力非常大，超过了2.5～3KPa,相应增加了锅炉的烟气阻力，一般在4.5～5KPa左右，增加了引风机的厂用电。
(3)炉膛极易塌灰，尤其是在低负荷运行工况下频繁塌灰，严重影响锅炉的安全运行。
(4)如果炉膛烟气速度选取过高，加上炉膛中的高浓度灰，容易引起水冷壁管的磨损。
1.2 解决方案
根据作者在浙江几家热电厂了解，高温高压参数的循环流化床锅炉，采用了最新设计的高温分离器，可以使炉膛中的灰浓度保持在合理的范围内，烧5000kcal/kg的烟煤时，完全可以做到NOx原始排放浓度≤90mg/Nm3,然后再通过SNCR脱硝工艺脱硝，达到≤50mg/Nm3的超低排放要求。设计人员通过降低分离器进口烟气速度，减少中心筒插入烟道的高度，加大分离器筒体进口高度与宽度的比例，可以保证高温旋风分离器的分离效率，以减少分离器筒体内的烟气阻力。浙江一家热电厂一台最新的170t/h高温高压参数循环流化床锅炉运行表明，分离器筒体内的烟气阻力仅有1.5KPa,锅炉烟气阻力仅为3.5KPa;锅炉满负荷运行或较高负荷运行时，从未发生炉膛塌灰现象。
布风系统
2.1 主要问题
不少的锅炉厂家，在研制低氮燃烧技术的循环流化床锅炉时，根据“布风均匀”这一概念来研制布风板风帽及接管。根据这二年作者在几家热电厂做的调研来看，循环流化床锅炉“布风均匀”这一概念值得商榷，因为锅炉运行当中，“布风均匀”这一概念与布风板上床料粒度的分布规律是相违背的。在锅炉运行当中，炉膛下部前墙布置有3～4根给煤管，前墙的床料为大颗粒或较大颗粒的煤颗粒及沿前墙水冷壁管贴壁向下流的较大的内循环灰颗粒;两侧墙为沿水冷壁管贴壁向下流的较大内循环灰颗粒;而后墙布置有二只返料口，大量的返料循环灰进入到后墙床层中，同时后墙也存在着向下贴壁流的大颗粒内循环灰;而布风板中央为细颗粒的床料。如果根据“布风均匀”的概念来设计布风系统时，就会出现整个布风板流化风量相同的情况;但是根据流体运动规律，布风板哪个位置阻力最小，风量就会往哪里走，产生所谓的“沟流”现象。布风板中央由于是大量的细颗粒，阻力最小，因此大量的风量就会往布风板中央走，带来的后果是：
(1)流化不良，作者在现场看到，一台150t/h高温高压参数循环流化床锅炉，在做薄料层冷态试验时，床层高低不平。
(2)排渣管排黑渣。
(3)锅炉运行时两边排渣管排出的渣粗细不同;炉膛下部床层温度不均匀，严重的两边烟气压力也不相同。
(4)低负荷运行时，床层结焦;排渣口出现冒红火、结焦、堵塞等问题，运行人员频繁桶排渣管，给锅炉运行带来了安全隐患。
(5)低负荷时，NOx原始排放浓度≥50mg/Nm3,由于炉膛出口脱硝烟气温度窗口低，喷氨后氨逃逸严重;同时，由于“沟流”的存在，在床层局部会产生“高氧量”、“高床温”现象，从而产生“高NOx”生成量，因此低负荷NOx原始生成量无法达到超低排放的要求，这是低氮燃烧技术的循环流化床锅炉发展遇到的最大的问题。
2.2 解决方案
作者建议设计人员首先要改变布风板设计的理念，将“布风均匀”改为“流化良好”的理念。根据床层床料颗粒度大小的分布规律，来重新分配整个布风板上风量的大小，与之对应的风帽和接管的阻力也要重新布置。江苏一家锅炉制造厂家，研发的专利技术——变阻力、变节距布风板，就取得了较好的效果。低负荷运行工况下，不用喷氨水，NOx原始排放浓度达到≤50mg/Nm3的排放要求，排渣管排白渣，不冒红火，二边排出的渣粗细相同，床温和烟气压力都比较均匀。
二次风系统
3.1 主要问题
早期制造，甚至这二年制造的循环流化床锅炉，二次风布置，还是采用传统循环流化床锅炉设计理念：上、下二层布置，二次风管数量多，风管喷口直径小，喷口处的空气速度设计仅为50-70m/s范围内。这种设计对物料的扰动和补氧效果不理想，在燃用5000kcal/kg的烟煤时，飞灰可燃物在8-10%左右，有的锅炉更高。对于是否取消下层二次风管，争议较大，保留的观点认为下层二次风可以减少CO的生成量，减少炉渣可燃物。然而作者在浙江一家热电厂现场发现，一台150t/h高温高压参数循环流化床锅炉，在降低一次风量后，CO排放浓度下降，由当时的56ppm直接降到了零，现场做完能效测试的国家特检院的工作人员也不相信这种情况，临时再增加一把烟气枪和烟气分析仪再检测，结果还是零。事后作者分析，降低一次风量后，二次风喷口处的烟气背压相应减少，二次风的补氧效果得到加强，使得CO降低。随后作者在其它热电厂几台炉子上也发现了这一规律。
下层二次风对降低炉渣可燃物几乎没有作用，原因是下层二次风量所占比例太小，喷口又布置在密相床物料浓度最高的位置。通过对几台锅炉观察，发现排渣好的锅炉，流化良好;而排黑渣的锅炉，流化状态非常差。由此可见，流化是否良好决定炉渣可燃物的高低。
3.2 解决方案
二次风管采用单层布置，喷口数量要少，直径要大，喷口处空气速度设计速度在80～100m/s范围内(根据炉膛深度尺寸的大小来选取)。
浙江某热电厂150t/h高温高压参数循环流化床锅炉，锅炉厂采用上述设计理念来设计二次风管，168小时调试期间，烧5110kcal/kg的烟煤，飞灰可燃物在3～5%范围内，达到了甲方飞灰可燃物≤5%的要求。
炉膛下部结构及炉膛烟气速度的选取
早期的、甚至这二年来制造的低氮燃烧技术的循环流化床锅炉，有些制造厂还是抱着传统循环流化床锅炉设计理念，或者为了节约锅炉制造成本，炉膛横截面设计的较小，炉膛内烟气速度一般都在4.8～5.2m/s范围内。
案例1:江苏某造纸厂，建造了一台某锅炉厂制造的190t/h次高温次高压参数的循环流化床锅炉，掺烧重量比20%的纸渣和污泥。运行不到一年，布置在炉膛前墙中部的四片屏式过热器严重变形，造成前墙中上部水冷壁管和后墙水冷壁管大面积磨损。经作者通过甲方提供的煤质资料和炉膛尺寸核算，炉膛烟气速度超过了4.8m/s。
案例2:浙江余姚某热电厂建造了一台某锅炉厂制造的150t/h高温高压循环流化床锅炉，掺烧一定比例的污泥。运行不到一年，炉膛水冷壁出现大面积磨损;经作者通过甲方提供的煤质资料和炉膛尺寸计算，该炉膛烟气速度超过了4.8m/s。
由于上述二台锅炉质保期未到，二家锅炉厂为甲方炉膛免费做了防磨格栅处理。
炉膛水冷壁管防止磨损的解决方案
作者建议，要从根本上解决水冷壁管的磨损问题，就是要将炉膛烟气速度控制在≤4.5m/s范围内。案例：浙江某热电厂的一台90t/h高温高压参数循环流化床锅炉，炉膛烟气速度设计为4.5m/s,炉膛下部密相床交界处，锅炉厂采用了专利技术——炉膛主动防磨结构(炉膛下部未采用喷涂)。该锅炉在2023年春节(已使用了4年时间)停炉正常检查时，水冷壁管未发现磨损现象。
循环流化床锅炉冷态启动阶段
6.1 主要问题
近两年，随着江苏和浙江等地环保政策的加码，要求燃煤锅炉在冷态启动投煤阶段，NOx原始排放浓度也要控制在≤50mg/Nm3。对于循环流化床锅炉来说，由于床温、氧量波动大，炉膛内灰浓度不能在短时间内建立等因素，使得NOx排放浓度都超标。热电厂只能被当地环保部门罚款。
6.2 解决方案
三年前浙江一家热电厂向锅炉制造厂提出，采用新型的“烟气再循环”系统来解决循环流化床锅炉冷态启动投煤阶段NOx超标的问题，锅炉厂配置一台材质316L的烟气再循环风机，进口与引风机出口相连接，出口连接到一次风出口风箱中，在冷态启动投煤阶段，用控制氧量的方法来控制NOx的浓度，取得了很好的效果。
总 结
通过对高温分离器的优化、对布风系统的优化以及对二次风系统的优化，采用烟气再循环系统等措施，使得循环流化床锅炉从冷态启动投煤到低负荷原始排放达标、再到满负荷工况时投入SNCR+SCR脱硝的全负荷工况，NOx排放都能满足环保要求。通过以上技术改进，循环流化床锅炉在燃用5000kcal/kg左右的烟煤时，热效率可以达到93%以上;同时设计较低的炉膛烟气速度，和采用可靠的炉膛防磨结构，炉膛水冷壁可以做到5年内不发生磨损现象。绿色环保、高效节能、安全可靠的设计理念，可以使热电联产的循环流化床锅炉具有很好的发展前景。
来源：公众号“工业锅炉技术”
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