循環流化床鍋爐的污染物排放與控制

趙光翔

摘 ?要：現階段，我國工業化進程不斷加快，我國循環流化床鍋爐（簡稱 CFB 鍋爐）作為一種潔凈煤燃燒技術，較強的燃料適應性和較低的運行成本極大的推動了該項技術的使用，目前我國 CFB 鍋爐機組裝機容量接近 1.2 億千瓦時，約占火力發電機組的 13%。由于 CFB 鍋爐設計本身和燃煤煤質的制約，需要合理選用適合的技術措施，在達到環保要求的同時，充分發揮CFB 鍋爐低溫燃燒優勢，突出潔凈煤燃燒優勢，節約運行成本。本文對循環流化床鍋爐的特征進行簡要介紹，提出該鍋爐運行中污染物排放控制的工藝與方法，污染物排放控制包括脫硫、脫銷、除塵，力求通過干法脫硫、PNCR 工藝脫銷、布袋除塵等方式，使污染物排放量得到有效控制，與國家規定充分符合。

關鍵詞：循環流化床;污染物排放;控制方法

引言

循環流化床鍋爐技術作為當前使用較廣的煤炭燃燒技術，其燃燒產物排放會產生較多污染，因此有必要對循環流化床鍋爐污染物排放進行合理控制。基于此，分別從粉塵、氮氧化物、硫氧化物排放控制工作進行深入研究，希望能對當前的鍋爐污染物排放控制工作帶來一定幫助。

1循環流化床鍋爐技術的特點

循環流化床（CFB）鍋爐是近 30 余年來發展起來的一種新型清潔煤燃燒技術，在國內外得到快速的應用發展。循環流化床鍋爐技術的特點主要是：（1）燃料利用率高。“流化床”一詞顯然是指固體顆粒和氣體流動的強混合系統中的流體動力學，它使顆粒保持動態運動。根據技術行為的觀察，可以將不同的系統描述為鼓泡、湍流化床。因此，各種制造商將其系統稱為鼓泡床、渦輪流化床。流化床系統可以設計成誘導特定的強制循環，即循環流化床鍋爐，如，“內部循環”或“外部循環”，靠近主燃燒室是一個大型旋風分離器，用于分離返回到流體中的較大固體顆粒。流化床和熱煙氣通過加力燃燒區離開旋風分離器，在燃料燃燒時，氣固混合好，燃燒的速率高。（2）燃料適應性廣。循環流化床鍋爐發展至今，已經能適應多數種類的燃料，這是循環流化床鍋爐技術能被市場廣泛采用的重要因素。強烈的湍流允許在流化床系統的給定條件下進行廣泛的吸附過程，特別是硫氧化物與鈣和鎂氧化物的化學結合，這些吸附劑已存在于廢物中或以碳酸鈣（石灰石）或規定細顆粒尺寸的氫氧化鈣的形式送入流化床。該特性還可有效地用于流化床系統中的低品位煤的燃燒，二氧化硫排放量綜合減少約 90%（無二次脫硫措施）。循環流化床鍋爐的設計和運行適用于平均燃料混合物，從約5～8MJ/kg，到超過40MJ/kg的值。在極端情況下，要焚燒的廢物的平均熱值可以低于3MJ/kg，例如，機械脫水的污水污泥，預熱的燃燒空氣（熱量的內部回收）和一些廢物流在利用自備蒸汽輪機提供的低壓蒸汽的系統中部分干燥。因此，循環流化床鍋爐的利用對燃料的適應性非常廣泛。（3）負荷調節范圍大、速度快。在床體的負荷壓力產生變化時，過去使用的鼓泡流化床鍋爐采用分床壓火技術，操作難度大，而循環流化床鍋爐將操作簡單化，只需調節給煤量、空氣量和物料循環量，負荷調節的速度快，調節范圍大大增加。

2循環流化床鍋爐污染物排放與控制方法

2.1循環流化床中氮氧化物排放與控制

為了控制氮氧化合物排放，一定要對床溫進行合理控制，一般情況下應控制床溫在900℃以下。氮氧化合物生成不僅和溫度相關，還和燃料反應活性相關。針對低揮發燃料而言，例如石油焦、無煙煤等，因反應活性較低，反應速度相對較慢，因而使得主循環物中的碳量較高;褐煤等高反應活性燃料，主循環物料碳含量較低，所以，循環流化床鍋爐中的氮氧化合物排放量會逐漸提高。氮氧化合物排放量在200mg/m 3，循環流化床燃燒中大部分情況下可以滿足實際要求，但氮氧化合物的排放量是否在100mg/m 3，則主要受燃料種類的影響。針對石油、無煙煤、貧煤等，能夠滿足相應要求，但應合理控制溫度在900℃以上，空氣系數在1.25以下。針對揮發性較高的材料而言，床溫一般在870℃以下，過量空氣系數在1.23以下，燃料中的氮含量在0.7% 以下。如果不對床溫進行嚴格控制，那么氮氧化合物排放會超過國標要求。若最初的氮氧化合物排放超標，就要進行脫硝處理。當循環流化床鍋爐中的氮氧化合物排放量較低的情況下，可以使用 SNCR，在恰當位置噴入一定的氨水、氨氣及尿素等還原劑，其中 SNCR 的溫控范圍相對較窄，鍋爐主循環中的回路溫度正好在這一區間當中。借助旋風同分離器，可以提升反應進程，避免氨逃離。與此同時，循環灰作為多孔介質及氮氧化合物的催化劑，將促進催化反應強烈進行，以便達到消耗 SNCR 的目的。據相關實驗表明，氮氧化合物的還原率超過70%，這是煤粉燃料難以達到的。針對高揮發燃料而言，使用SNCR就能達到相應的國標要求。但若對床溫進行嚴格控制，以此來降低原有的氮氧化合物含量，就可以使 SNCR 負擔明顯減輕。

2.2粉塵的排放與控制

（1）布袋除塵器主要是將含有粉塵的氣體隔離在袋子之外，將干凈清潔的空氣存儲到袋子內部，且袋口朝上。該設備屬于單元組合裝置，可根據具體情況對袋子的長度與過濾面積進行高效調整，通過改變單元數量的方式，與過濾風量的相關需求相符合;（2）布袋除塵器采用對氣流進行二次分配的方式，在原本進風系統的基礎上，將分配系統加入其中，可有效減少紊流、防止二次揚塵等情況發生。采用合理的進風導流、灰斗導流管可提高進風均勻度，將箱體的阻力降到最低狀態，使不同濾袋中的負荷比處于平衡狀態，增加過濾面積的利用效率，延長濾料的使用期限。除此以外，分配系統的應用還可將沒有充分燃燒的灰塵顆粒進行預除，以免對濾袋造成損壞。

2.3深度脫硫與脫硝

脫硫效率的提升能夠進一步減少SO2的排放量，而現有的循環流化床鍋爐技術在這方面正處于劣勢，面對現在環境污染日益嚴重的嚴峻形勢，鍋爐技術必須改進。低溫燃燒是循環流化床鍋爐獨有的特性，這一優勢使得燃料燃燒的產生的副產物NOX含量相對較低。但就目前的發展形勢而言，國家對環境保護問題愈加重視，未來必將對污染物的排放標準提出更加嚴格的要求。因此，循環流化床鍋爐技術必須在現有的技術基礎上更上一層樓，才能更好地適應生產發展的需求。

2.4實現能源綜合性利用

煤炭為不可再生能源，因此，循環流化床鍋爐如何能實現資源利用最大利用率是當前主要的問題。一方面，依靠現有的技術水平，研發人員可以考慮使用一些環保替代能源來降低主要能源短缺造成的生產壓力。另一方面，對于循環流化床鍋爐燃料燃燒產生的大量灰份還沒有完善的處理方法，這些技術有廣闊的發展前景。

結語

綜上所述，通過研究可知，在循環流化床鍋爐運行過程中，應針對排放的污染物采取積極有效的處理措施，使污染物排放量得到有效控制，與國家規定充分符合，使行業得到健康可持續發展。

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