關于循環流化床鍋爐超低排放技術分析

黃超

摘 要：循環流化床（CFB）鍋爐實為能夠以一種比較清潔的方式燃燒各種固體燃料的新型鍋爐，但其怎樣與新修訂的國家環保標準相適應，最大程度降低污染物的外排，仍需要開展深入研究。本文結合工程實例，首先簡要分析了CFB鍋爐排放的基本特性，預測CFB鍋爐SO2排放值，最后探討了超低排放技術方案，望能為此領域研究有所借鑒。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；脫硫；脫硝

當前，針對由火力發電所帶來的環境污染來講，其已經成為制約我國電力工業整體發展的重要因素；因此，針對我國電力工業而言，要想實現可持續發展，首先要做的便是治污減排。早在2011年，國家環境保護部便結合自身情況，對外頒布了具有劃時代意義的《火電廠大氣污染物排放標準》，其中明確指出，火力發電廠在NO3、SO2排放濃度上，應<100mg/m3。需要指出的是，針對有著比較高折算硫分的煤種，或者是比較高揮發分的煤種，一般情況下，可選用分級燃燒技術以及爐內脫硫技術，但許多CFB鍋爐難以滿足此排放要求。因此，需深入、全面且系統化研究能夠有效降低NO3排放的新技術。

1.CFB鍋爐排放的基本特性

針對那些處于運行狀態的CFB鍋爐來講，通過對其進行測試得知，如果燃料的折算硫分Szs<1g/MJ，并且Ca/S摩爾比值2.0～3.0，此時，其在具體的脫硫效率上，能夠達91～98%，部分鍋爐甚至可達到99%，另外，與之相對應的SO2在具體的排放值上，即<100mg/m3。針對某電廠300MW CFB鍋爐來講，當其Ca/S摩爾比為5時，與之相對應的脫硫效率能夠達到99%。另外，SO2排放值達50mg/m3，盡管有著比較大的Ca/S摩爾比值，但需要強調的是，煤的折算硫分卻比較低，僅為0.33%，因此，可得出其石灰石耗量是17.7t/h，其在整個入爐煤量當中所占比重為11%。因而選用爐內脫硫技術具有經濟可行性。

此外，還需要指出的是，對于CFB鍋爐而言，其運行床溫需要維持在855～925℃這一區間內，而對于過量空氣系數來講，即為1.05～1.11，因而能夠實現分級燃燒以及低溫燃燒。在各項運行參數均比較合適的情況下，通常CFB鍋爐NOx的排放，需要將其合理控制于70～210mg/m3這一范圍內。

2.預測CFB鍋爐SO2排放值

針對煤的折算硫分Szs來講，其與原始SO2排放值之間有著比較典型的線性關系，而后者與基含硫量Sar之間，則呈現為較好的多值性關系。即便煤種不同，其收到基含硫量Sar也相同，因存在著比較大的發熱量差別，對于其原始排放值而言，可能會有比較大的差別。比如收到基含硫量Sar值是1.5%，此時，對于原始SO2排放值來講，維持在3250～5250mg/m3這一區間內。有報道指出，將折算硫分當作對煤中含硫量進行判別的基本依據，更加合理與科學。

（1）

而針對SO2排放值CSO2（mg/m3）來講，可利用如下公式來進行預測：

（2）

在此公式當中，Szs所表示的是煤的折算硫分，單位是g/MJ；Sar所表示的是煤的收到基含硫量，單位是%；而Qnet，ar，p所表示的是煤的低位發熱量（kJ/kg）； ηs-self所表示的是煤的自脫硫效率（%）。

3.超低排放技術方案

如果Szs是1.0～2.5g/MJ的燃料，那么針對CFB鍋爐來講，需運用2級脫硫工藝（爐內、外）；針對爐內脫硫效率而言，通常可以達到90%，而爐外脫硫效率可以達到90%；而對于2級脫硫工藝來分析，其脫硫效率為99%，因此，可以將SO2排放值維持在100mg/m3以內。

某電廠300MW CFB鍋爐的實際應用得知，采用爐外脫硫工藝進行操作，能夠實現對循環流化床煙氣脫硫工藝的全面優化。而對于此種工藝而言，其實為一種比較典型的半干法脫硫工藝，由多部分構成，不僅有自動控制系統，而且還有分離器、循環流化床反應器及吸收劑添加系統等。在CFB反應器的底部位置，還專門設置有布風裝置，而在其下部密相區，則設置有多個裝置，比如返料口、石灰漿噴嘴等；此外，在反應器的上部位置，則為稀相區與過渡段。需要指出的是，從鍋爐空氣預熱器出口位置處所排出的煙氣，自CFB下部的布風裝置，輸送至反應器當中，并以此來維持最基本的循環流化狀態。針對新鮮石灰漿這一原料，通過壓縮空氣霧化處理之后，借助位于反應器中央位置處的兩相流噴嘴，被輸送至反應器。另外，于CFB反應器當中，諸如SO3、SO2與脫硫劑發生反應，由此所產生的物質則伴隨煙氣而被送出反應器。還需要指出的是，利用分離器進行分離而得到的固體顆粒，則會重新被輸送至CFB反應器，實施持續性循環，脫硫劑進行循環處理后，脫硫反應時間會得到延長，與此同時，脫硫劑在具體的利用率上也會得到大幅提升。而對于工藝水而言，則用噴嘴噴入到吸收塔的下部，以此來實現煙氣濕度的增加，并達到降低煙溫的目的，促使整個反應溫度與水露點溫度相接近，以此達到最大程度提升脫硫效率的目的。

需要強調的是，為了能夠最大程度降低CFB鍋爐的NOx排放值，最終滿足深度脫硝的效果，可以根據實際情況，將選擇性非催化還原系統設置在爐膛出口處。在選擇還原劑時，可以根據實際需要，選擇尿素溶液，或者是液氨。于旋風分離器入口煙道上，將還原劑噴入，通常情況下，煙氣溫度能夠達到800～920℃。而在分離器內，煙氣停留時間較長，并且于強旋流的作用下，噴入的還原劑混合煙氣良好，所以，能夠達到降低NOx的效果。

4.結語

綜上，如果將NOx排放值維持在100mg/m3以下，針對高揮發分煤種，比如煙煤等，CFB鍋爐需選用更加實用且高效的SNCR技術。因此，CFB鍋爐選用比較合適的技術措施，有助于降低SO2、NOx的排放，能夠實現循環流化床鍋爐的更加高效運轉。

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