循環流化床鍋爐超低排放技術研究

雷振國

（山西西山熱電有限責任公司，山西太原030022）

發電行業是污染性較高的行業，因此必須關注發電行業的超低排放管理工作，在實際工作中應對行業內部設備、工藝等進行深入了解，發現污染點及改進的措施，在現有工藝的基礎上進一步的創新和改造，提升現有發電行業設備的環保性能。本文重點對發電行業中的循環流化床鍋爐超低排放工作進行研究，希望在現有清潔燃燒的基礎上，進一步改造提升循環流化床鍋爐環保性能，達到二氧化硫及氮氧化物、顆粒物等污染物的超低排放。

1 循環流化床鍋爐的結構

實際工作中，常見的循環流化床鍋爐一般都是單鍋爐筒，且工作運轉中使用的是一種自然循環的方式來運轉。循環流化床鍋爐內部包含爐膛和尾部煙道兩個部分，其中鍋爐的前部又包括從高溫到低溫的過熱器及預熱器、分離器等。這些豎井往往采用的都是懸吊構架的結構，前部與后部兩個豎井之間是經由旋風性分離器來實現兩部分間的相互連接。分離器下方部位與循環裝置等來實現連接。循環流化床鍋爐內部的燃燒室內部和分離器內部都配置有澆注料內襯，這些內襯是具有防磨損功能的［1］。循環流化床鍋爐設備的前部和尾部豎井的爐墻存在很大的不同。設備前部爐墻一般都采用敷管的形式來進行爐墻設置，但是設備尾部卻使用的是輕型設置，循環流化床鍋爐的整體重力實際都加到了鍋爐外部的8根支撐鋼管上。這類鍋爐使用的燃料往往包括煤和矸石兩種，但是不論使用哪一種燃料，鍋爐燃燒作用都是分級開展的。最后燃燒灰渣需要經過外置的螺旋形的冷渣器排出［2］。循環流化床鍋爐的結構如圖1所示:

圖1 循環流化床鍋爐結構

2 常見的循環流化床鍋爐超低排放技術

鍋爐使用中常見的污染物包括氮氧化物和二氧化硫等硫化物，一旦排放到環境中會給環境造成比較嚴重的污染，對生態環境及人們健康、社會的未來發展不利。因此必須重視循環流化床鍋爐中排放物的控制。通過采取一定的措施來降低排放物種當氧化物和硫化物的排放。下面就對目前常用的兩種脫硫脫硝技術——循環流化床鍋爐脫硫技術和循環流化床鍋爐脫硝技術進行研究。

2．1 循環流化床鍋爐脫硫技術

在目前我國大部分的地區發電企業當中，循環流化床鍋爐脫硫工藝都主要采用的是往鍋爐內部加入石灰石的方式來實現脫硫。這個工程中工藝操作要求比較嚴格，過程中涉及的步驟和環節也比較復雜，實際操作中需要經過床溫控制及對鈣硫摩爾比等操作來提升實際脫硫效率。對實際應用效果研究可以提升脫硫效率，使其脫硫效率達到百分之九十以上。這個過程中需要將二氧化硫質量濃度控制在35mg／m3之內。這個控制技術僅僅適用于某些區域，不是所有的區域都適合使用。因此需要進行進一步的技術控制，尤其是對于一些重點區域而言，可通過使用進一步的升級的二級脫硫技術來實現這些區域循環流化床鍋爐內外脫硫效率的提升。循環流化床鍋爐工藝操作過程中需要利用半干法來進行脫硫，將循環流化床鍋爐的反應器底部設置上風板裝置，同時在反應器下部的位置安裝石灰漿噴嘴和返料口等設施設備，將反應器上部安裝設置成為稀相區。其反應器反應出口安裝上分離器，其中分離器中必須包含立管和回料等裝置，以實現對反應器內循環物流的分離效率，進而為后期脫硫效率奠定基礎。然后將分離物送到循環性流化床的反應器里面，循環流化床鍋爐的煙氣可以從安裝在反應器下部的布風裝置中進行傳送，進而實現循環流化的目的［3］。

實際脫硫過程中石灰漿的傳送過程則是由反應器內部的兩相噴嘴反應器傳送的，這個過程中二氧化硫和三氧化硫等物質會與脫硫劑接觸并發生化學、物理等一系列的反應，最后生成一定的結合產物混合在煙氣當中，最后跟隨煙氣的力量自反應器內部通過煙囪等設施設備排放到空氣中。反應過程中分離器中分離出的固體顆粒中硫含量雖然有所降低，但是往往也不會實現完全地分離，因此會被再次送入到循環流化床鍋爐反應器內，再次經歷之前的每一個分離過程，如此多次地循環反復，可以增加脫硫反映發生的機會和時間，提升脫硫劑的利用率，提升鍋爐的最終脫硫效果，最終達到排放標準被排除。

以上所述過程既是一個完整的脫硫工藝過程，其中最關鍵的部分就是分離過程和脫硫劑結合過程，通過分離和脫硫過程實現煙氣和顆粒物的分離，其中煙氣溫度達到了70－75℃，煙氣中含硫量已經足夠低，滿足＜35mg／m3的要求，可以直接通過煙囪排放到空氣中。而剩余的固體含硫物質則通過除塵器除塵分離排除［4］。

2．2 循環流化床鍋爐脫硝技術

循環流化床鍋爐運行時的床溫要求是一般在850℃－950℃之間，這個溫度要求下需要通過對其他參數的調整控制來實現整個過程的脫硝工藝，達到最終的超低排放標準。行業要求的鍋爐排放氮氧化物濃度標準要求是50mg／m3以下。鑒于超低排放標準的要求，可以適當對鍋爐脫硝過程中的一些參數進行控制，協調到位可以實現對最終排放的氮氧化物質量濃度的控制。但是這個過程中會涉及到用的煤的品質是不一樣的，其中不乏一些揮發性高的煤種。如果管控不嚴格或者不到位，很容易使得在床溫較高的鍋爐運行中出現當氮氧化物超標排放的情況，最終使得脫硝效果不佳，不能達到脫硝超低排放要求。所以這個過程中必須重視鍋爐尾部部分中煙氣脫硫系統的管控設置，提升脫硝效率［5］。

循環流化床鍋爐脫硝工藝開展時，勢必會用到催化還原技術。催化還原技術的應用在脫硝中起到非常關鍵的作用，可以大大提升脫硝效率，一般而言可以將脫硝效率提升至80%左右。在這種技術的應用過程中，需要將這一步驟安排在電除塵器前，在循環流化床鍋爐使用的煤中揮發性較高時，會因為灰分的磨損，使得催化劑出現中毒的問題，直接的效果就是引發脫硫效率下降的現象。例如:三氧化硫能夠與氨結合生產NH4HSO4等物質，而NH4HSO4具有黏性大的特點，可以附著在催化劑表面上，將催化劑與煙氣的隔離開，影響催化劑作用的發揮，進而使得反應不能正常進行，引發反應系統中尾部空預器堵塞的問題。鑒于此，必須重視重視催化劑對化學反應的重要性，同時要采取措施對催化劑壁厚及實際操作中的的節距等進行合理管控，同時對整個反應中的逃逸氨量進行控制，一方面控制逃逸量，另一方面通過控制逃逸方向等方法，來控制逃逸氨與催化劑的接觸反應發生，保證催化劑的有效性。

實際的應用過程中涉及的步驟較為復雜，首先需要對非催化還原工藝技術進行改裝，再實施催化還原工藝，進而實現對整體配合工藝的搭配。同時對于規模較大的循環流化床鍋爐而言，需要在對非催化還原裝置改裝配置的同時，對尾部的催化還原工藝進行改裝，為催化劑留出足夠的位置。由于這個過程中催化還原工藝起到了關鍵作用，因此對于組裝配合的工藝處理結果不能滿足超低排放的情況，還需要進一步增加催化還原工藝占比，適當增加裝置，以便提升系統的整體脫硝效率。

3 結束語

總而言之，發電行業作為一個污染性較重的行業，其排放物含量受到社會和人們的廣泛關注。同時國家和行業也對其做出了基本的排放要求，社會對企業保有無限的期待。循環流化床鍋爐作為電力企業行業的一個重要組成，自然也應該遵守對應的超低排放標準。本文重點對循環流化床鍋爐進行了介紹，然后又對行業中常用的脫硫脫硝工藝進行了深入研究，希望通過研究介紹給相關人員和單位提供一定的幫助，幫助提升脫硫脫硝效率。