一氧化碳燃烧

循环流化床锅炉燃烧中一氧化碳生成的分析

循环流行化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低

污染清洁燃烧枝术。在废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应

用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；目前国内、

外城市生活垃圾处理方式采用的主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等

三种处理方式。卫生填埋、高温堆肥由于占地面积大、二次环境污染，

其的使用比例越来越少。焚烧处理的技术特点是：减容效果显著、无

害化程度高；焚烧处理设施占地面积小，对周围环境没有二次污染；

在垃圾热值较高、处理达到一定规模时，还可以利用其余热发电或供

热。焚烧处理方式能最快地、最大限度地实现固体废物无害化、稳定

化、减量化，大型的处理系统还备有热能回收与利用装置，使其变废

为宝、废旧利用回收能源，成了垃圾处理的环保主流。

针对目前垃圾焚烧锅炉的种种燃烧特点以及武昌电厂现存在的情

况，针对一氧化碳排放量过高做一个简单的分析：

一、一氧化碳在循环流化床锅炉中是如何产生的？产生形式如何?

在循环流化床锅炉燃烧室内，一氧化碳主要来源于三个方面：

1、燃料热分解生成的主要气体成分为一氧化碳、甲烷、二氧化碳

以及氢气；

2、一氧化碳是甲烷燃烧生成的产物；

3、燃烧生成的一氧化碳和二氧化碳，且一氧化碳和二氧化碳生成

比例为1:1（可以通过化学方程式比例得到）。

因此在循环流化床锅炉内燃料燃烧主要为一氧化碳和碳的燃烧，

由于武昌电厂为城市生活垃圾焚烧锅炉，大量的生物质（除去大量的

煤）都掺入循环流化床的燃烧过程中，生物质中包含大量的含碳、含

硫、含氮的物质，如果燃烧控制不佳，会直接影响到烟气的合格达标

排放。

二、一氧化碳在循环流化床锅炉中的燃烧

1、一氧化碳的燃烧分析

通过对循环流化床锅炉燃烧的研究表明，在循环流化床锅炉特定

的燃烧条件下，一氧化碳的的化学反应燃烧速率要比在纯气中的化学

反应速率要低很多（参考动力文献中的结论），而一氧化碳在燃烧过

程中主要产生的原因则和流化床锅炉燃烧室的温度、燃烧室内的压

力、物料的浓度等因数有较大的关系。从上述分析一氧化碳产生的原

因以及垃圾焚烧锅炉主要特点以及固有的燃烧方式可以知道，循环流

化床锅炉中将锅炉燃烧室分为密相区和稀相区两个燃烧部分，密相区

物料浓度较稀相区比要大很多，由于为生活垃圾焚烧锅炉，锅炉燃烧

物料的颗粒度相对较大，大颗粒经过燃烧中的磨损和破碎燃烧后随负

压进入旋风分离器，在进入分离器这部分物料中，颗粒较大的将沿着

锅炉炉壁重新回到炉膛进行二次燃烧，这就导致锅炉燃烧室中出现物

料浓度较大的二个区域，分别为密相区以及靠近锅炉炉壁处区域。由

于循环流化床锅炉的二次风布置以稀相区作为分界点，因此稀相区

中、下部的含氧量相对充足，从而一氧化碳在稀相区中、下部的体积

份额是大量减小的，导致大量的一氧化碳在此区域进行充分的燃，由

于一氧化碳的化学反应速率较碳更快，在稀相区中、下部，大量的氧

气与一氧化碳进行反应，从而造成在稀相区上部的中心有较大的负氧

和缺氧出现，这就造成大量的细碳颗粒在循环流化床锅炉的中心区域

不能和氧气充分的燃烧，由于较大的负氧和缺氧出现，一氧化碳的反

应也不能充分的进行，因而稀相区上部的一氧化碳浓度基本不变，锅

炉出口的一氧化碳浓度相应增高。同时随着锅炉高度的增加，一氧化

碳浓度的变化也是非常明显的，由于密相区、稀相区物料浓度分配以

及锅炉一次、二次风的配比的不同，一氧化碳随着锅炉高度增加而表

现出来的浓度也应该不同，主要的表现形式应该为密相区一氧化碳含

量高，稀相区含量大大降低，同时由于炉壁物料浓度以及含氧量的变

化，致使一氧化碳在炉壁区域的浓度也相应要高。

考虑到一氧化碳主要是燃料在氧量不充足的情况下欠氧燃烧的

产物，从而为了有效的遏制一氧化碳的生成，还应该从锅炉燃烧室中

含氧量的分布做一个简单的说明，循环流化床锅炉燃烧室中主要为物

料燃烧提供氧气的有一次风机和二次风机，一次风机主要作用为支撑

物料完成正常流化，次要给密相区提供部分氧气，二次风机主要为物

料燃烧提供充足的氧气，通过以上的分析得知，随着锅炉高度的增加

一氧化碳浓度主要变化的形式为逐步递减，且中心区域一氧化碳浓度

低，炉壁区域一氧化碳浓度高，这就间接说明锅炉含氧量在中心区域

的份额是逐步减少的，而炉壁面处氧气消耗量减少，相对充足不变化，

同时由于炉壁为水冷壁布置，水冷壁需要大量的吸收热量，导致炉壁

处温度出现偏低的情况，导致锅炉界面方向上温度场表现为中间高炉

壁低的状态，在温度偏低区域，从而严重的影响到了一氧化碳和碳的

燃烧以及其化学反应速率，导致一氧化碳含量的增加。

综上所述，一氧化碳的产生主要为风量配比的不充分，二次分量

在炉膛内穿透力不够以及炉膛负压控制的不完全导致。

2、遏制一氧化碳产生的措施

（1）加强密相区以及稀相区的物料扰动，进一步通过风量来降低

物料浓度，增加一氧化碳的化学反应速率。

（2）在二次风机三级布置的前提下，考虑能否多增加一级布置或

者考虑增加风机压头，增强二次风机的穿透力。

（3）在良好的经济性的前提下适当的提高锅炉床温，以及减少垃

圾量的焚烧。

（4）对炉前垃圾给料装置进行进一步的优化和技改，以及加强垃

圾预处理的管理，避免出现大物件在垃圾给料中，从而能够较好的保

持炉膛负压的稳定性。

（5）为了降低一氧化碳的排放量，由于分离器和尾部烟道温度部

分区域的温度和压力相对比较高，在不影响经济效益的前提下适当的

在去区域增加一些氧化性的气体，比如最简单的氧气，降低一氧化碳

的排放量。

（6）在不影响经济效益的前提下，适当的增加锅炉的料层，提高

锅炉的蓄热量，达到物料的完全燃烧。

（7）增加物料在炉膛内停留的时间，给一氧化碳充足的反应时间。

2012年1月12日

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