循環流化床鍋爐超低排放技術研究

洪衛林

摘要：隨著煤炭工業的不斷發展，循環流化床鍋爐技術也在不斷創新和完善。探索循環流化床鍋爐節能環保新工藝，已成為煤炭工業研究的重要課題。結合傳統爐內脫硫技術和濕法、半干法脫硫工藝，探討了循環流化床鍋爐二氧化硫近零超低排放的途徑。實現SCR和SNCR兩種脫硝工藝與選擇性催化還原超低近零排放工藝的聯合應用，并對濕式電除塵器進行了分析利用，有效地控制了循環流化床鍋爐的粉塵排放，實現了超低近零排放。對CFB鍋爐的超低近零排放技術進行研究，有利于高硫劣質煤的加工利用，有利于煤炭工業的可持續發展。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;二氧化硫;超低排放;組合脫硫

引言：

發電企業的高污染排放是制約電力行業健康持續發展的重要因素。電力行業的核心問題是節能減排。近幾年來，“超低排放”和“近零排放”成為各地區火電行業發展的主流。火力發電廠排放污染物的質量濃度標準如下：SO2濃度小于35mg/m3，NOx濃度小于50mg/m3，煙塵濃度小于5mg/m3。傳統的循環流化床發電系統只能依靠石灰石脫硫和低溫分級燃燒兩種方式進行煙塵控制。為實現這個目標，必須進一步發展低排放技術，盡量達到近零排放，實現最優減排和污染減排，推動熱電廠健康持續發展。

1.??? 燃煤電廠超低排放技術

1.1? 超低排放脫硫技術

火力發電廠燃燒煤炭時，會產生大量的SO2，伴隨著鍋爐煙氣。二氧化硫是一種重要的大氣污染物，它能夠改變土壤和水的酸性，形成酸雨，對生態環境造成嚴重破壞。另外，對人體的呼吸道粘膜和眼睛也會產生強烈的刺激，導致喉和肺水腫，聲帶痙攣，窒息等癥狀。煤超燃脫硫技術主要包括煤的超燃、煤的超燃、煤的脫硫等洗滌和煤氣化技術;（2）燃燒脫硫，將石灰石粉和其它固硫劑固硫注入爐內，使之與之結合，使之脫硫。煙氣脫硫的方法有半干法、干法和濕法三種。半干法制備有循環流化床干燥、旋噴制干。采用吸附、脈沖電暈等離子體、電子束照射、荷電干噴法、爐內噴鈣、濕等干燥方法。清洗法，氨吸法，檸檬酸鹽法，石灰石（石灰）-石膏法等。

1.2? 超低排放脫硝技術

雖然熱電廠占全國總發電量的82%，但由于熱電廠的燃料性質、鍋爐燃燒溫度、鍋爐空氣過載系數和燃料在燃燒區停留時間等因素，熱電廠的發電能力，使火力發電廠的NOx污染嚴重。氮氧化物是大氣中的重要污染物，在大氣中可轉化為氮氧化物和氮氧化物，是大氣中的主要污染物之一。燃煤電廠需要不斷加強氮氧化物的排放控制，脫硫脫硝技術可用于促進超低排放。火力發電廠目前普遍采用的四種超低排放脫硝技術是：（1）以低氮燃燒裝置和空氣分級機為核心的高效低氮燃燒技術，綜合考慮煤質、燃燒器等因素，利用燃燒過程中產生的氨基中間產物，抑制或減少NOx的產生;（2）SCR脫硝裝置提高效率，主要是通過使用效率較高的催化劑，（3）SNCR+SCR聯合脫硝技術，也就是在鍋爐高溫區（850-1100℃）直接噴入硝基脲等還原劑，實現脫硝;（4）臭氧脫硝技術，即在脫硫塔煙氣中直接注入臭氧還原劑，與氮氧化物發生反應，從而實現脫硝。

1.3? 超低排放除塵技術

煙塵是火力發電廠的主要大氣污染物之一。根據2011年環境統計年度報告，2011年全國廢氣中煙（粉）塵的總排放量達到1278.8萬噸，其中以中型燃煤電廠排放總量最多。火力發電廠煙塵排放與粉煤灰含量、鍋爐類型及煙氣控制技術等有關。煙粉塵排放過多，會對環境造成復雜的毒物污染，同時也會給人類健康帶來極大的危害。為了解決燃煤電廠粉塵排放問題，國家還要求電廠在“十二五”期間實施超低排放除塵技術改造。現有的超低排放除塵技術主要有電除塵器、布袋除塵器。前一種結構占地面積大，設備復雜，能耗高，對粉塵比電阻要求高。所以它的適用范圍是有限的。袋式除塵器運行平穩，除塵效果好，操作維護方便，適應于氣流變化的粉塵。為此，火力發電廠多采用超低排放除塵。

2???? CFB鍋爐脫硝技術

2.1? SNCR

這種方法的操作程序簡單，效率高，成本低，但又與溫度有很大的關系。煤粉爐脫硝效率只有30%，還原劑滲透率大，與煙氣混燒，反應時間短。因CFB鍋爐在低溫燃燒時初始排放濃度較低，導致鍋爐的熱性能和燃料NOx性能急劇下降。在850℃范圍內進行CFB鍋爐旋風分離器的SNCR反應。煙氣在旋風分離器中的流動路徑較長，擾動幅度較大。還原劑與煙氣可以快速混合，還原劑在反應區停留時間長，脫硫效果好。

2.2? SCR

利用SCR工藝對循環流化床鍋爐進行脫硝，脫硝率可達80%以上。本工藝主要應用于循環流化床鍋爐電除塵前，使用高灰煤時，由于粉煤灰的磨蝕性和有害物質的影響，容易催化劑中毒，脫硝效率低。SO2與氨氣逸出反應生成SO4。物料粘度高，容易粘附在催化劑上，將催化劑與煙氣隔離，使反應無法正常進行，導致尾部空氣預熱器堵塞。因此，可以合理地控制催化劑的壁厚和間距，有效地控制氨的逸出，可滿足高灰分條件下聲波吹灰要求。在反硝化和近零排放處理中使用SNCR技術時，有時候SNCR技術本身不能達到最佳的近零排放。若氧化氮的質量濃度小于200mg/m3，而排放質量濃度大于50mg/m3，則該工藝的脫硝效率大于75%。通過SNCR和SCR的組合，將SNCR還原劑注入氨分離器，將SNCR尿素用于分離器的進口。利用SCR技術實現逸出氨與催化劑反應的研究，實現高效脫硝。將低成本SNCR和SCR技術結合在一起，脫硝效率高，符合CFB鍋爐脫硝事業部的實施要求。為了滿足當前環保要求，SNCR工藝先組裝，SCR工藝再組裝。除常規SCR裝置外，大型CFB鍋爐尾部還應預留“1+1”SCR催化劑的空間。當催化劑活性達不到要求時，可以在不增加活性的前提下，改善催化劑的環境保護性能。

2.3? SNCR和SCR兩種脫硝工藝的聯合應用

在介紹了SCR和SNCR兩種脫硝工藝后，發現循環流化床鍋爐煙氣采用單一脫硝工藝，難以實現煙氣中氮氧化物（NOx）的超低、近零排放。SNCR技術與SNCR技術相結合，既可將氨或尿素等氨基還原劑噴射到循環流化床鍋爐煙氣中，又可將逸出的氨與SCR技術的催化劑反應，實現深度脫硝。這使得SNCR的低成本優勢與SCR的高效率相結合，達到了CFB鍋爐對NOx超低排放的要求。

2.4? 臭氧脫硝技術

該技術具有操作簡單，反應時間短，反應速度快，對溫度要求低，效率高，操作費用高，依賴性強等優點。該方法的原理是：臭氧發生器制備臭氧，臭氧氣體經配氣裝置均勻分布于煙氣管段，煙氣管段內設有煙氣混合器，把臭氧與含氮氧化物充分混合，在煙氣管段內發生氧化反應。煙中的NOx被氧化成NO2和N2O5，容易被吸收。脫硫塔吸收反應生成硝酸銨和亞硝酸銨;然后用硫酸鹽進行濃縮，干燥，用作氮肥。

結束語

伴隨著煤炭工業的不斷發展，探索循環流化床鍋爐深度脫硫、脫硝、除塵的新技術有著深遠的意義和價值。采用爐內鈣脫硫、濕法半干法脫硫、臭氧脫硝、SCR脫硝、SNCR脫硝、濕式靜電除塵等綜合技術，實現了煙氣的超低、近零排放，促進了煤炭及碳素行業的可持續發展。CFB爐脫硫技術具有成本低廉的優點。對石灰石的活性、粒度、操作溫度及配風方式進行優化，可不斷提高脫硫效率。

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