循環流化床鍋爐SO2超低排放技術與優化

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(1.新疆電力建設調試所有限責任公司，烏魯木齊 830000；2.國網新疆電力有限公司電力科學研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

循環流化床(Circulating Fluidized Bed, CFB)鍋爐作為燃煤發電的主要設備之一，需努力提升SO2脫除效率以達到超低排放的要求。CFB鍋爐不同于常規煤粉鍋爐的主要特點是其能夠添加石灰石進行爐內脫硫，這一方式具有實施設備簡單、成本低廉等優勢。但目前CFB鍋爐的主要問題是脫硫效率不夠高、石灰石利用率較低。實際CFB鍋爐中，Ca/S摩爾比達到2.0時脫硫效率約90%，這一般無法滿足超低排放的要求。

目前CFB鍋爐開始尋求采用尾部煙氣脫硫的方式降低SO2排放濃度，這在當前CFB爐內脫硫效率不夠高的現狀下是可行的，但長遠來看，仍然有必要尋找提高CFB鍋內石灰石脫硫效率的方法，以充分發揮爐內脫硫的低成本優勢。因此，文中介紹了提高CFB爐內脫硫效率的方法，并介紹了CFB爐內與爐外脫硫相結合兩級脫硫技術的研究現狀，以期為CFB的脫硫運行提供指導。

1 提高CFB爐內脫硫效率的方法

1.1 采用高活性石灰石

石灰石活性是影響其脫硫效率的關鍵因素，不同類型的石灰石，由于其煅燒產物CaO的孔隙結構存在很大差異其硫化效果不同。具有良好脫硫效果的石灰石，其煅燒產生的CaO具有較高的抗燒結能力，其孔隙呈開放狀態，孔隙率大、比表面積適中、孔徑分布合理，能夠有效延緩CaSO4引起的孔口堵塞，避免硫化反應過早結束。因此，應用中應該注意對石灰石的篩選，采用熱天平等設備對比不同石灰石的硫化反應效果，選擇高活性石灰石。

1.2 優化石灰石粒徑分布

石灰石粒徑是影響其脫硫效果的另一關鍵因素，太粗或太細的石灰石均不利于爐內脫硫[1]。目前許多CFB機組的石灰石制粉系統因疏于管理而運行異常，生產的石灰石粉粒徑分布不合理，極大的影響了其脫硫效果。因此運行中應定期測量石灰石粉的粒徑分布，進行制粉系統優化試驗，保證其運行在最優狀態下。

1.3 優化爐內脫硫運行溫度

爐膛溫度明顯影響CFB的脫硫，一般運行中存在一個最佳脫硫溫度，但該溫度受爐型、煤種、石灰石特性、鍋爐配風等多種因素影響。針對固定的鍋爐，最好能夠在煤種、石灰石、運行方式等發生變化后重新尋找脫硫最佳溫度。但確定爐膛溫度還應考慮爐內的燃燒狀況，不能僅從脫硫角度考量，當脫硫與燃燒的最佳溫度不匹配時，應當進行優化分析，確定能使機組綜合效益最佳的溫度點。

1.4 優化鍋爐配風

CFB的配風方式也會影響其脫硫效果。例如楊振森等人[2]的研究發現下二次風與SO2排放量呈現如圖1所示的關系，分析發現下二次風量增加能夠降低床溫，而床溫降低間接提高了脫硫效果。

圖1 配風方式對SO2排放的影響

配風方式通過影響爐內密相區、稀相區氧濃度和溫度等方式，間接影響石灰石脫硫，運行中要注意優化上下二次風調配，在提高燃燒效率的同時兼顧脫硫效果的改善。

2 CFB鍋爐兩級脫硫方式與優化

2.1 滿足超低排放的CFB脫硫技術路線

由于當前對CFB鍋爐單純依靠爐內脫硫很難達到超低排放標準，CFB機組開始加裝煙氣脫硫裝置，或通過爐內石灰石脫硫+煙氣脫硫這種兩級組合脫硫方式以進一步降低排放濃度。

目前已經提出的兩級脫硫方式包括“爐內脫硫+煙氣濕法脫硫(wet flue gas desulfurization, WFGD)”、“爐內脫硫+煙氣半干法脫硫”、“爐內脫硫+煙氣干法脫硫”等。WFGD具有極高的脫硫效率，在煤粉鍋爐上應用廣泛，因此采用爐內脫硫+WFGD脫硫方式是高效、可靠的路徑，缺點是需要建立一整套濕法脫硫塔和附屬的廢渣、廢水處理系統，投資較高。

“爐內脫硫+煙氣半干法脫硫”工藝是在CFB鍋爐后加裝噴霧干燥吸收塔，將石灰石漿以霧化形式噴入吸收塔內，吸收SO2的同時，漿液的水分蒸發，形成固態顆粒，并被氣候的除塵系統分離。

CFB的煙塵中含有大量未反應CaO，而“爐內脫硫+尾部增濕活化脫硫”工藝正是充分利用該部分CaO提高脫硫效率的方式，系統如圖2所示。

圖2 爐內脫硫+尾部增濕活化工藝

在CFB后增設活化吸收塔，在塔頂噴入霧化水，煙氣中的CaO與水結合形成Ca(OH)2，然后吸收SO2，這一方式具有高效、投資成本低、沒有廢水等優點。根據爐內脫硫效率和最終煙氣排放濃度要求，可以采用飛灰排放和在吸收塔內再循環兩種方式，后者能進一步提高石灰石利用率。

2.2 CFB鍋爐兩級脫硫系統優化

爐內脫硫的效率與煙氣二次脫硫效率的有機匹配能夠降低二者的綜合脫硫成本，因此尋找兩級脫硫的最佳建設和運行策略是進行兩級脫硫實施前應該進行的工作[3]。在排放達標的前提下，采用怎樣的二次脫硫工藝、爐內/煙氣脫硫效率分別達到多高時系統綜合成本最低，需要經過詳細的計算和方案比對后才能確定，并且運行中組合脫硫的運行策略還需要根據實際燃煤硫含量、石灰石價格等因素進行確定。

3 結束語

CFB爐內脫硫具有低成本優勢，可以通過石灰石活性、粒徑、運行溫度、配風方式的優化能繼續提高脫硫效率。采用爐內脫硫與煙氣的濕法脫硫、半干法、干法脫硫等相結合，以進一步降低SO2排放濃度，同時注意組合脫硫建設和運行策略額優化，是實現低成本CFB超低排放的可行之路。