循環流化床煙氣超低排放技術應用及進展

陳少飛

摘要：循環流化床氣化技術是一種新型粉煤氣化技術，它通過固體物料在爐內進行循環流化進行傳熱，然后使煤粉在高溫流化態中發生氣化反應，在反應完成后產生的灰會隨著爐內的循環流化進入旋風分離進入后系統，最終進行外排處理。在此背景下，文中針對CFB鍋爐煙氣脫硝技術進行研究，提供可行方案供參考。

關鍵詞：循環流化床;煙氣脫硫;技術應用

循環流化床鍋爐源自20世紀70年代發展出來的新技術，其發展動力是人類社會對生態保護的高度重視。循環流化床技術屬于一種清潔燃燒工藝，大幅度降低了作為全球主要氣體污染物的SO2（二氧化硫）與NOX排放量，即從根源上緩解了酸雨的產生。而且，循環流化床鍋爐還具備燃料適應性大、負荷調整性好、投資與運行費用相對偏低等優勢，所以該技術在全球得到了普遍運用。

1煙氣脫硫技術現狀

據統計，SO2排放雖然得到有所控制，較之前有所下降，但2015年排放總量依然達到了1859.1萬t，其中在排放總量中顯示，工業源的排放占據很大比重，達到83.7%;工業源中包含了金屬和非金屬加工業、石油行業、電力行業等，在工業源排放的SO2中，工業源排放SO2之所以占比很高，是因為電力行業是煤耗大戶，數據顯示，僅電力行業排放的SO2占工業源總排放量的36%。

以燃燒階段為基礎，對SO2控制進行劃分可以分為三個階段：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫。近年來，煙氣脫硫（FGD）作為燃燒后脫硫技術在世界各發達國家取得了顯著成效，因此成為整個脫硫市場應用最廣泛，技術最成熟的脫硫技術。通常煙氣脫硫技術可以劃分為：濕法脫硫技術、半干法脫硫技術和干法脫硫技術，脫硫產物和所使用的脫硫劑狀態的不一樣，是區分煙氣脫硫方法的依據。濕法脫硫技術以85%的市場占有率成為世界各國應用最廣泛的脫硫技術，其中，以美國、日本、德國占比最高，濕法脫硫技術在三個國家的市場占有率分別達到92%、98%、90。脫硫劑和脫硫產物以一種濕的狀態存在，簡稱為濕法脫硫，反之，簡稱為干法脫硫。在脫硫市場中應用較多的濕法脫硫技術有：石灰石-石膏法、海水法、氨法、鈉堿法等;干法脫硫技術中研究較多的有活性炭法、電子束法等脫硫技術;半干法脫硫技術是處于濕法和干法之間的一種脫硫技術，典型的半干法脫硫技術主要有噴霧干燥脫硫技術、循環流化床脫硫技術。截至2014年，對國內的脫硫技術應用統計顯示：石灰石石膏法煙氣脫硫技術以92%的市場占有率成為濕法脫硫技術占有率最高的脫硫方法。海水法脫硫以其獨特優點占據了3%的市場份額。氨法脫硫技術和循環流化床半干法脫硫技術占據了市場相同份額，分別占據了2%，其他的脫硫方法占比1%。

2CFB鍋爐脫硝技能剖析

2.1傳統噴淋空塔濕法煙氣脫硫工藝

國內外電廠大多采用此工藝進行煙氣脫硫，通常可達到98%以上的脫硫效率，但吸收塔出口SO2排放濃度大多超出50mg/m3。根據某企業2×300MW循環流化床機組燃煤含硫量，設置3層噴淋層，理論上吸收塔脫硫效率可達到97.8%以上，但要使吸收塔出口SO2排放濃度長期、穩定保持在35mg/m3以下，會有一定風險，所以，需要采取提效措施，如增設一座預吸收塔，與原吸收塔串聯運行，脫硫效率可到達98%甚至更高。

2.2FGDplus工藝

FGDplus工藝是AEE企業為高硫份煤和超低二氧化硫排放研制的一種新型的脫硫工藝。此工藝依據“導向傳質”機理，優化現行的空塔噴淋層工藝，以降低氣液傳質阻力與能量耗損，提升脫硫率，達到二氧化硫的超低排放，該工藝在德國Niederaussem電廠創建了一個示范設備，治理氣體量3000m3/h，運行2a，脫硫率高達99.8%。當前，該工藝已在我國太原第二熱電廠應用。

2.3雙循環工藝

雙循環工藝屬于一種濕法脫硫方式。該工藝經兩級漿液循環，對二氧化硫實施兩次治理，兩級循環過程都設置了單獨的循環漿池、噴淋層，每級循環都有不同的運轉參數。氣體首先通過一級循環，該級循環的基本功能是確保良好的CaSO3氧化效果與足夠的石膏硬化時間，脫硫效率在30%～70%;之后氣體進入二級循環，該循環負責完成SO2的吸收，使SO2達標排放。

2.4雙托盤脫硫工藝

該工藝是在噴淋空塔的基礎上研發出來的，核心是增強氣流均質、氣液結合、提升石灰石的分解量。該工藝在以往的噴淋空塔結構上，加設兩層托盤，托盤形成的阻力令煙氣流量均勻的布置在噴淋塔截面上，同時使脫硫漿液在托盤上形成一層液膜，讓漿液和氣體得到完全接觸，避免噴淋塔內出現煙氣走廊現象，該工藝的脫硫效率較單純的噴淋空塔高，通常脫硫效率可達到98%以上。

2.5湍流子脫硫工藝

湍流塔是在噴淋空塔的基礎上增加一套由若干個湍流單元組成的旋匯耦合設備。該工藝依靠多相紊流混合的強傳質原理，通過特殊的旋匯耦合設備，形成氣液旋轉運行的湍流環境，氣液固三相完全接觸，大幅度下降了氣液膜傳質阻礙，極大提升了傳質效率，快速實現傳質過程，進而達到提升脫硫率的目的。

2.6CFB鍋爐低氮焚燒技能

CFB鍋爐發作的燃料型NOx生成機理非常復雜，操控燃料型NOx生成最有用的措施是分級送風焚燒，在復原氣氛中氮焚燒的中間產物較少被氧化成NO，從而按捺了NOx的生成。鍋爐規劃結構和運轉辦法對NOx排放的影響較為顯著，國內投產的CFB鍋爐為下降運轉本錢一般不設置外置床，調理手法有限，部分電廠為了下降飛灰底渣含碳量，更是人為選擇了較高的密相區溫度，這就使得CFB鍋爐的低NOX焚燒特性發揮遭到了約束。

結合循環流化床鍋爐規劃、運轉現狀，選用適宜的技能手法對鍋爐布風均勻性、分離器功率、級配送風等方面進行優化，完成爐內低氮焚燒，可顯著下降NOx原始排放濃度。

低氮焚燒技能首要是經過運轉辦法的改善或對焚燒進程進行特別操控，一方面按捺燃料生產NOx，另一方面將已生成的NOx復原，最終下降NOx排放量。首要辦法包括：（1）低氧焚燒。經過下降過量空氣系數，以利于復原性氣氛的形成，削減NOx的生成。（2）強化分級配風。例如，經過二次風口改造，或者調整一、二次風比例，可以減輕污染物的排放。（3）提高分離器功率。首要經過分離器進口煙道改造、中心筒提效改造等，進步旋風分離器的分離功率。（4）煙氣再循環。將鍋爐尾部的低溫煙氣的一部分經過再循環風機送入爐膛，然后改動鍋爐熱量分配，下降部分焚燒溫度，調理反響氣氛。

結論

影響循環流化床鍋爐運行效率因素較多，因此要針對易磨損部位及磨損機理，采取一系列技術措施，降低磨損以提高運行周期;根據循環流化床鍋爐的運行特點，優化點停爐方案、合理控制工況負荷、確定最佳入爐煤品質，采取一系列合理的運行調控措施，最大限度提高運行效率。

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