循環流化床鍋爐排放特性及脫硫方案研究

薛 君

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037001)

引 言

中國作為全球循環流化床鍋爐數量最多的國家，對循環流化床鍋爐的技術方面進行了很多的研究。研究結果表明，循環流化床鍋爐雖然有著燃燒率高、適應燃料廣泛、脫硫成本低、符合調節比大且快的特點，但受到排放特性的影響，其二氧化硫的排放量很難達到國家標準的環保要求。因此，如何從技術上控制循環流化床鍋爐的二氧化硫排放量，實現超低排放，成為了現階段燃燒污染控制工作者面臨的新問題[1]。

1 循環流化床鍋爐二氧化硫排放特性

為了深入研究循環流化床鍋爐的排放特性，對B電廠1號鍋爐、B電廠2號鍋爐、F電廠與H電廠的循環流化床鍋爐進行了石灰石爐內脫硫的效果檢測，并分別記錄了項目的發電功率、入爐煤硫質量分數、入爐煤低位發熱量、入爐煤折算硫分、二氧化硫理論排放值、不投石灰石時二氧化硫排放值、Ca/S摩爾比、脫硫效率與投入石灰石時二氧化硫排放值進行了對比與分析，四個項目的石灰石爐內脫硫效果如表1所示。

由表1可知，對于H電廠300 MV循環硫化床鍋爐而言，當Ca/S摩爾比等于4.95時脫硫的效率達到99%，同時對應的二氧化硫排放值為51 mg/m3。雖然Ca/S摩爾比較大，但煤的折算硫分相對較低，為0.32%，石灰石耗量約為入爐煤量的10%，因此，

表1 典型循環硫化床鍋爐石灰石爐內脫硫效果

在經濟上采用爐內脫硫技術也是可以接受的。而對于F電廠300 MV循環流化床鍋爐而言，即使Ca/S摩爾比為3.65，且脫硫效率98.12%時，二氧化硫排放值為210 mg/m3。因此，采用爐內脫硫進行對折算硫分Sm=2.25 g/MJ的燃料的處理，其二氧化硫排放值已經不能滿足環保標準的新要求。

通過對比分析可見，在循環流化鍋爐的排放特性中，Ca/S摩爾比與二氧化硫的排放量成反比，Ca/S摩爾比增大，二氧化硫的排放量先劇烈減少，然后趨于緩慢。當Ca/S摩爾比到達2.5以上時，二氧化硫排放趨勢不再明顯；根據石灰石的不同，循環流化床鍋爐的脫硫效率不同，高比孔容積與大比表面積的石灰石脫硫效果更好；隨著過量空氣系數的增加，二氧化硫的排放量逐漸降低；高硫燃料與低硫燃料的最佳脫硫溫度分別是850 ℃與860 ℃左右。

2 建設循環流化床二級脫硫的必要性

為了更好地控制循環流化床鍋爐的二氧化硫排放量，減少對環境的壓力，現階段對二氧化硫的控制方法除了在原燃料與清潔生產工藝方面改進，在爐內脫硫的基礎上運用煙氣脫硫等二級脫硫技術也是中國目前正在發展的實現循環流化床超低排放的方法之一。盡管使用燃料硫分很低的低熱值燃料，但由于所需燃煤量巨大，如果只采用循環流化床鍋爐爐內脫硫，在Ca/S的合理的控制范圍內時只能保證80%左右的脫硫效率，與控制指標的要求不相符。而通過提高Ca/S的方式增加循環流化床鍋爐的脫硫效率則會造成熱量需求的增加，進而導致鍋爐效率降低。另外，鍋爐底渣中會存在大量沒反應的氧化鈣物質，增加了綜合利用難度的同時還會形成燃料浪費的現象。

因此，為了增加脫硫工藝對煤種的適應性與穩定的脫硫效率，減少資源浪費情況的發生，使用循環流化床二級脫硫工藝是非常必要的[2]。

3 循環流化床鍋爐脫硫方案研究

根據循環流化鍋爐的排放特性，并結合實際的工作經驗，進行循環流化床鍋爐脫硫方案分析。

在爐內脫硫的基礎上加之二級脫硫工藝，能夠使Sm為1.1 g/MJ～2.5 g/MJ的燃料的爐內爐外脫硫效率在90%，綜合脫硫效率甚至可達到99%，并且可控制二氧化硫的排放量在100 m3/mg以下。二級脫硫工藝流程圖如圖1所示。

圖1 循環流化床鍋爐二級脫硫系統及控制回路

為了更加有效地進行脫硫作業，可使用循環流化床二級脫硫系統中的煙氣脫硫技術，采用半干法脫硫工藝對爐外脫硫工藝進行優化，即由循環流化床反應器與分離器、自動控制系統以及吸收劑添加系統組成的循環流化床煙氣脫硫工藝。在循環流化床煙氣脫硫工藝反應器的底部裝有布風裝置，下部裝有返料口、石灰粉噴嘴、加濕水噴嘴，上部用于過渡與稀相。循環流化床煙氣脫硫工藝反應器出口為分離器，裝有用于分離反應器循環物料，并將物料送回反應器的回料裝置與立管。在循環硫化床鍋爐的布風裝置處，鍋爐空氣預熱器的煙氣由此進入反應器，并保持循環流化的狀態。經過壓縮空氣霧化的干石灰與水由反應器中央的兩相流噴嘴進入反應器，二氧化硫、三氧化硫以及其他有害的氣體與脫硫劑發生反應，并將反應產物通過煙氣被排出反應器。而分離器中的固體物質返回循環流化床鍋爐的反應器進行循環，多次的循環不僅能夠延長脫硫反應實踐，還能夠提升脫硫劑的使用率。工藝水用噴嘴通過對吸收塔下部進行噴射，降低煙氣的溫度，最大限度將反應溫度靠近水露點溫度，提高脫硫的效率。最后，由除塵器對分離出來煙氣和顆粒進行除塵，除塵后的煙氣可直接排入大氣[3]。當Ca/S摩爾比在2～3時，折算硫分Sm<1 g/MJ的燃料采用爐內脫硫，可保持脫硫效率在90%～97%，且二氧化硫排放量小于100 mg/m3；而對于折算硫分Sm在1.0 g/MJ～2.5 g/MJ的燃料則需采用二級脫硫工藝，脫硫效率可達到99%，每二氧化硫的排放量同樣控制在100 mg/m3以下。由上述分析可見，根據實際情況選擇合適的脫硫技術能夠在最大限度上減少二氧化硫的排放量，實現超低排放。

現階段，中國二級煙氣脫硫設施安裝總容量較少，僅占火電總裝機量容量的2%，需要相關工作者從此現實需要出發，繼續發展煙氣脫硫技術，結合中國的環境污染現狀與經濟水平，研究開發更符合國情的二級脫硫技術。

4 結語

循環流化床鍋爐采用循環流化床二級煙氣脫硫工藝，對于減少二氧化硫的排放具有顯著的效果，符合嚴格的環境保護新要求。現階段新的社會形勢下，過去的粗放性經濟已經落后，環保才是保證企業生存與發展的基礎問題，因此，各循環硫化床鍋爐電廠應積極投入到超低排放的改造中去，響應可持續發展的戰略，促進企業的進一步蓬勃發展。