循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)研究

陸業(yè)宇（中科（廣東）煉化有限公司）

火電發(fā)電的高污染排放是制約電力行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的主要因素，節(jié)能減排、減少污染是當(dāng)前電力行業(yè)的核心問題。近年來，各地區(qū)不斷加大對(duì)火電行業(yè)污染排放的要求，“超低排放”、“近零排放”、“綠色發(fā)電”成為電力行業(yè)發(fā)展主流趨向。電廠發(fā)電過程中污染排放物質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)為：SO2的質(zhì)量濃度小于35 mg/m3，NOx的質(zhì)量濃度小于50 mg/m3，煙塵的質(zhì)量濃度小于5 mg/m3。而傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中的循環(huán)硫化床（CFB）僅僅依靠介入石灰石進(jìn)行脫硫，依靠低溫分級(jí)燃燒控制煙塵，進(jìn)行低氮排放已然無法達(dá)到現(xiàn)今污染控制要求，因而進(jìn)一步開發(fā)新型超低排放技術(shù)勢在必行，盡可能實(shí)現(xiàn)近零排放，實(shí)現(xiàn)最佳的減排降污處理，促進(jìn)火力發(fā)電廠的健康持續(xù)發(fā)展。

1 CFB鍋爐脫硫技術(shù)

很多地區(qū)發(fā)電廠在脫硫上采用爐內(nèi)加石灰石，通過控制床溫、鈣硫摩爾比等，可實(shí)現(xiàn)90%～99%的脫硫效率，SO2的質(zhì)量濃度小于200 mg/m3，這種控制技術(shù)僅符合有些非重點(diǎn)地區(qū)的要求，不適用于重點(diǎn)地區(qū)，更未能達(dá)到近零排放。倘若回用煤矸石、煤油、石油焦、石煤等高硫、低熱值劣質(zhì)燃料，其排放的SO2質(zhì)量濃度則更高。有些CFB鍋爐以爐內(nèi)脫硫?yàn)橹饕摿蚍椒?，其脫硫效率也僅為50%左右。下文針對(duì)常用的爐內(nèi)與爐外2級(jí)脫硫工藝、尾部煙氣脫硫工藝脫硫效率進(jìn)行對(duì)此探究。

1.1 CFB鍋爐2級(jí)脫硫技術(shù)

針對(duì)Szs在1.0～2.5 g/MJ的燃料中，運(yùn)用2級(jí)脫硫技術(shù)（圖1）可達(dá)到90%的爐內(nèi)或爐外脫硫效率，綜合脫硫效率可達(dá)99%，排放的SO2質(zhì)量濃度小于＜100 mg/m3。

圖1 CFB鍋爐2級(jí)脫硫技術(shù)流程

半干法脫硫工藝中，CFB反應(yīng)器底部設(shè)置布風(fēng)板等裝置，下部設(shè)施石灰漿噴嘴、返料口等，上部設(shè)置稀相區(qū)。CFB反應(yīng)出口設(shè)置含立管與回料裝置的分離器，可對(duì)反應(yīng)器循環(huán)物料進(jìn)行分離，將其送至循環(huán)流化床反應(yīng)器。鍋爐煙氣從下部布風(fēng)裝置傳送至反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化。石灰漿則從反應(yīng)器兩相流噴嘴傳送至反應(yīng)器，SO2、SO3等與脫硫劑在反應(yīng)器中產(chǎn)生反應(yīng)，其產(chǎn)物跟隨煙氣排除反應(yīng)器。通過分離器反應(yīng)分離后的固體顆粒再次進(jìn)入CFB反應(yīng)器進(jìn)行多次循環(huán)反應(yīng)處理，脫硫反應(yīng)時(shí)間增加，脫硫劑利用率增大。由分離器分離出的煙氣及顆粒在除塵器中進(jìn)行最終的除塵處理，經(jīng)此步驟后煙氣溫度為70～75℃，可直接排入大氣[1]。

1.2 FGD技術(shù)

要想達(dá)到35 mg/m3的SO2近零排放，筆者認(rèn)為相較于相熟的半干法技術(shù)，石灰石-石膏濕法效果更佳，具體原因如下：

1）利用石灰石-石膏濕法進(jìn)行脫硫時(shí)，其提效技術(shù)愈發(fā)成熟，脫硫率在98%以上，同時(shí)利用CFB爐內(nèi)脫硫技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)99%以上的脫硫率，是SO2達(dá)到近零排放要求。但是，倘若使用煙氣循環(huán)流化床法，對(duì)反應(yīng)條件要求較高，實(shí)際運(yùn)行中容易被煤種、石灰粉等影響，運(yùn)行中負(fù)荷波動(dòng)較大；尤其在低負(fù)荷條件下，難以保證脫硫塔床層壓降，易導(dǎo)致脫硫率不穩(wěn)定，致使排放的SO2質(zhì)量濃度大于規(guī)定排放要求，未能實(shí)現(xiàn)近零排放。

2）采用煙氣循環(huán)流化床法，初期投資少，但后期為提升脫硫效率，需要保證鈣硫摩爾分?jǐn)?shù)在1.6以上，平均年消耗脫硫劑所使用的費(fèi)用較大，較之石灰石-石膏濕法高出50%以上；并且在電能消耗上，煙氣循環(huán)流床法消耗量高，經(jīng)濟(jì)性明顯較差。現(xiàn)如今，石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)不斷完善，已經(jīng)妥善解決了腐蝕、磨損、堵塞等問題，投資成本減少，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性明顯提升[2]。

3）石灰石-石膏濕法綜合利用效率高，爐內(nèi)脫硫比例減小，可綜合利用爐內(nèi)灰渣實(shí)現(xiàn)脫硫副產(chǎn)品的高效利用。煙氣循環(huán)流化床法無法較為穩(wěn)定地處理與應(yīng)用副產(chǎn)品，對(duì)于新廢棄物的處理難度較大。

4）石灰石-石膏濕法可做到煙塵協(xié)同處理，同時(shí)利用干法除塵器，煙塵排放量在5 mg/m3以下，達(dá)到了近零排放要求；但是，現(xiàn)今的煙氣循環(huán)流化床技術(shù)則很難實(shí)現(xiàn)煙塵的近零排放。

綜上所述，CFB鍋爐在SO2的排放上，要想實(shí)現(xiàn)低于35 mg/m3的超低排放，利用石灰石-石膏濕法是最佳選擇。而對(duì)于缺水嚴(yán)重的老機(jī)組則可應(yīng)用半干法脫硫，保證脫硫效率的同時(shí)與當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求相契合。利用濕法FGD技術(shù)的流程見圖2。

圖2 基于石灰石-石膏濕法的CFB鍋爐超低排放技術(shù)流程

2 CFB鍋爐脫硝技術(shù)

一般而言，CFB鍋爐運(yùn)行床溫為850～950℃，可進(jìn)行低溫燃燒。在對(duì)運(yùn)行參數(shù)適當(dāng)控制下，排放的NOx質(zhì)量濃度小于200 mg/m3；但對(duì)于高揮發(fā)性煤種，高運(yùn)行床溫的鍋爐，其排放的NOx質(zhì)量濃度較大，可達(dá)到200 mg/m3，無法實(shí)現(xiàn)近零排放要求，在其尾部需裝配煙氣脫硝系統(tǒng)。現(xiàn)今，常用的脫硝方法為選擇性非催化還原（SNCR）法、選擇性催化還原（SCR）法。

2.1 SNCR

該技術(shù)運(yùn)行程序簡單、效率高、費(fèi)用低，但對(duì)溫度要求較高，有著極強(qiáng)的依賴性。煤粉鍋爐中脫硝率僅為30%，煤粉鍋爐還原劑有著極長的穿透深度，還原劑與煙氣混合程度不足，反應(yīng)時(shí)間短。CFB鍋爐在除硝過程中，在低溫燃燒作用下初始排放濃度較低，熱力型與燃料型NOx急劇減少。此外，CFB鍋爐中的旋風(fēng)分離器在850℃時(shí)處于SNCR反應(yīng)范圍內(nèi)。旋風(fēng)分離器內(nèi)煙氣流動(dòng)路徑長，擾動(dòng)幅度明顯，還原劑與煙氣可在此作用下迅速混合，還原劑可長時(shí)間停留于反應(yīng)區(qū)中，脫硫效率更高[3]。

2.2 SCR

在CFB鍋爐脫硝處理中，利用SCR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)80%以上的脫硝率?，F(xiàn)今，該技術(shù)主要用于電除塵器前。CFB鍋爐中，使用高灰煤的情況下，由于飛灰的磨損性，加之其中有害物質(zhì)的影響極易導(dǎo)致催化劑中毒，使得脫硝效率降低。SO3與逃逸氨進(jìn)行反應(yīng)，生成NH4HSO4。這種物質(zhì)黏性大，極易附著于催化劑上，使得催化劑與煙氣隔絕，無法正常反應(yīng)，繼而堵塞尾部空預(yù)器。針對(duì)此問題，可對(duì)催化劑壁厚與節(jié)距進(jìn)行合理控制，以有效把控逃逸氨，使其滿足高灰條件下的聲波吹灰要求。

利用SNCR技術(shù)進(jìn)行脫硝處理、實(shí)現(xiàn)近零排放過程中，有時(shí)僅僅利用SNCR技術(shù)無法達(dá)到最佳的近零排放效果。譬如，在NOx的質(zhì)量濃度小于200 mg/m3情況下，要實(shí)現(xiàn)排放的質(zhì)量濃度為50 mg/m3，則應(yīng)用該技術(shù)的脫硝效率需要超過75%，并且還要利用“SNCR+SCR”技術(shù)的聯(lián)合方法，即：使用SNCR工藝的尿素等還原劑氨噴到分離器入口，利用SCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)逃逸氨與催化劑的反應(yīng)，達(dá)到高效的脫硝。這是以低成本的SNCR技術(shù)結(jié)合SCR技術(shù)的高效脫硝效率，相互融合，揚(yáng)長避短，與CFB鍋爐脫硝分部實(shí)施相契合。首先進(jìn)行SNCR工藝裝配，再進(jìn)行SCR工藝裝配，使其與現(xiàn)今環(huán)保要求相匹配。對(duì)于大型CFB鍋爐，除了裝配SCNR常規(guī)裝置，還需在尾部留置“1+1”SCR催化劑空間，在未能達(dá)到環(huán)保要求時(shí)，可增加SCR裝置，需要提高催化劑活性效率時(shí)，可增加催化劑配置。

3 CFB鍋爐除塵技術(shù)

CFB鍋爐常用除塵技術(shù)為低溫電除塵技術(shù)、移動(dòng)電極電除塵技術(shù)、煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)、新型高壓電源控制技術(shù)、粉塵凝聚技術(shù)等，除塵質(zhì)量濃度為20 mg/m3，達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。單純利用電袋復(fù)合除塵，很難實(shí)現(xiàn)排放的煙塵質(zhì)量濃度為5 mg/m3。對(duì)此，可基于WESP技術(shù)在除塵器上安裝噴水設(shè)施，使水霧噴向電場，利用電暈場的作用將水霧霧化，借助電荷作用將水霧凝聚，從而聚集粉塵離子，最后被水膜沖刷至灰斗排出。

4 結(jié)束語

基于不同煤種，通過不同的脫硫、脫硝、除塵工藝，降低污染物排放，是當(dāng)前電力行業(yè)的重要發(fā)展議題。對(duì)二氧化硫、二氧化氮等污染氣體的分析，采用針對(duì)性脫硫、脫硝工藝。例如，針對(duì)脫硫處理，可施以“爐內(nèi)脫硫結(jié)合FGD濕法技術(shù)”；針對(duì)脫硝處理，則可采用“SNCR+SCR”技術(shù)；針對(duì)煙塵處理，則可采用濕式電除塵結(jié)合干法除塵器和濕法脫硫技術(shù)。這些技術(shù)將是現(xiàn)今乃至未來很長一段時(shí)間內(nèi)CFB鍋爐超低排放的的主流發(fā)展方向，可促進(jìn)CFB鍋爐的不斷完善，推動(dòng)電力行業(yè)的綠色生態(tài)化發(fā)展。