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循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)研究
本文主要研究了循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)，探討了如何將技術(shù)應(yīng)用于實際的生產(chǎn)中，明確了循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)的要點和應(yīng)用過程中需要注意的問題，希望可以為今后的循環(huán)流化床鍋爐超低排放工作帶來參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐；超低排放技術(shù)
當(dāng)前，研究循環(huán)流化床鍋爐超低排放的技術(shù)人員有很多，但是，很多時候沒有一個科學(xué)合理的方案，導(dǎo)致應(yīng)用過程中存在各類問題，因此，我們有必要深入分析其技術(shù)的合理性和可行性。
1、循環(huán)流化床鍋爐超低排放的必要性
隨著我國工業(yè)化進入到深水區(qū)，我國環(huán)境情況也在zui近幾年交易區(qū)有了很大的變化，京津冀霧霾影響著人的健康、城市的文明水平。十八大充分體現(xiàn)了以人為本的基本精神，將生態(tài)文明建設(shè)寫入報告，并多次提及15次之多。2015年1月1日將執(zhí)行新的《環(huán)境保護法》把環(huán)境保護提升到基本國策的高度。
我國國家環(huán)保部《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014對電廠鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值進行了明確規(guī)定。據(jù)統(tǒng)計，我國煙塵排放量的70%，二氧化硫排放量的90%，氮氧化物排放量的67%都來自燃煤。作為燃煤大戶的火電廠貢獻率比重zui大，因此，治理電廠的污染物排放將變的尤為重要。本文主要對大型循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化物排放控制措施進行討論。
2、循環(huán)流化床（CFB）鍋爐超低排放技術(shù)方案研究
對已運行CFB鍋爐的測試表明，對折算硫分Szs小于1g/MJ的燃料，當(dāng)Ca/S摩爾比為2.0～3.0時，其脫硫效率可達到90%～98%，個別CFB鍋爐甚至能夠達到99%，相應(yīng)的SO2排放值在100mg/m3以下。
對于Szs為1.0～2.5g/MJ的燃料，CFB鍋爐需要采用爐內(nèi)及爐外2級脫硫工藝，爐內(nèi)脫硫效率90%（Ca/S摩爾比等于2.2），爐外脫硫效率90%（Ca/S摩爾比等于1.5），2級脫硫工藝的綜合脫硫效率可達到99%，zui終SO2排放值可控制在100mg/m3以下。
在華能BS熱電廠300MWCFB鍋爐的工程應(yīng)用結(jié)果表明，爐外脫硫工藝可優(yōu)化考慮采用循環(huán)流化床煙氣脫硫（CFB-FGD）工藝。CFB-FGD為半干法脫硫工藝，其由吸收劑添加系統(tǒng)、循環(huán)流化床反應(yīng)器、分離器以及自動控制系統(tǒng)組成。CFB反應(yīng)器底部為布風(fēng)裝置（布風(fēng)板或文丘里管），反應(yīng)器下部密相區(qū)布置有石灰漿（或石灰粉）噴嘴、加濕水噴嘴、返料口等，反應(yīng)器上部為過渡段和稀相區(qū)。
CFB反應(yīng)器的出口為分離器，分離器下部為立管和回料裝置，它們用于分離反應(yīng)器循環(huán)物料，并將循環(huán)物料送回循環(huán)流化床反應(yīng)器。鍋爐空氣預(yù)熱器出口的煙氣從CFB下部布風(fēng)裝置進入反應(yīng)器，維持循環(huán)流化狀態(tài)。新鮮石灰漿（或干石灰與水）由壓縮空氣霧化后通過布置在反應(yīng)器中央的兩相流噴嘴進入反應(yīng)器，在CFB反應(yīng)器內(nèi)，SO2、SO3及其他有害氣體如HCl和HF與脫硫劑反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物由煙氣攜帶出反應(yīng)器。
經(jīng)分離器分離下來的固體顆粒返回CFB反應(yīng)器進行循環(huán)，脫硫劑經(jīng)過多次循環(huán)，延長了脫硫反應(yīng)時間，提高了脫硫劑的利用率。工藝水用噴嘴噴入吸收塔下部，以增加煙氣濕度降低煙溫，使反應(yīng)溫度盡可能接近水露點溫度，從而提高脫硫效率。從分離器出來的煙氣及少量細顆粒進入除塵器進行zui后除塵。
除塵后的煙氣溫度為70～75℃，不必加熱即可經(jīng)煙囪排入大氣。為使CFB鍋爐進一步降低NOx排放值，達到深度脫硝的目的，可在爐膛出口處設(shè)置選擇性非催化還原（SNCR）系統(tǒng)，典型CFB鍋爐的SNCR系統(tǒng)由還原劑儲槽、還原劑噴槍以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。還原劑可采用液氨或尿素溶液。
還原劑在旋風(fēng)分離器入口煙道上噴入時，煙氣溫度一般為800～920℃。煙氣在分離器內(nèi)有較長的停留時間，且噴入的還原劑與煙氣在強旋流的作用下混合良好，因此可實現(xiàn)降低NOx的目的。用尿素溶液作為還原劑的SNCR系統(tǒng)在CFB鍋爐上應(yīng)用的典型實例是國內(nèi)某熱電廠2×300MWCFB鍋爐，SNCR系統(tǒng)分4個噴射區(qū)域?qū)⒛蛩厝芤簢娙胄L(fēng)分離器入口煙道內(nèi)。
3、CFB鍋爐深度脫硫技術(shù)
3.1SO2生成量的降低
SO2的實際生成量與煤種和鍋爐運行參數(shù)等因素有關(guān)，而要通過改變?nèi)加妹悍N來降低燃煤的硫分存在較大的困難。因此，對于燃用煤種穩(wěn)定的CFB鍋爐，通過優(yōu)化鍋爐運行參數(shù)降低SO2的生成量是zui可行的。
鍋爐運行參數(shù)中床溫是影響SO2的實際排放濃度的首要因素。雖然大部分CFB鍋爐設(shè)計床溫在800～900℃，但實際運行中普遍存在運行床溫過高的問題，主要原因有以下幾方面:①鍋爐在設(shè)計過程中存在受熱面布置不合理、分離器效率低等設(shè)備問題;②鍋爐實際燃用煤種與設(shè)計煤種差別較大，造成灰分偏低、熱值偏高等;③鍋爐運行中為提高鍋爐燃燒效率，降低鍋爐不*燃燒熱損失而人為提高運行床溫。
3.2爐內(nèi)脫硫
典型的CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫工程實例見表1。由表1可見，3臺典型CFB鍋爐SO2理論生成量較高，爐內(nèi)綜合脫硫效率均達到了97%以上，實現(xiàn)了爐內(nèi)脫硫。國內(nèi)外大量試驗研究及實爐運行結(jié)果均表明，將影響爐內(nèi)干法脫硫效率的各種因素控制在合理的范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)綜合脫硫效率不低于95%(含自脫硫)的爐內(nèi)脫硫。
表1典型CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫效果(含自脫硫)
3.2.1石灰石物化參數(shù)
脫硫劑石灰石影響爐內(nèi)脫硫效率的主要參數(shù)包括石灰石的脫硫反應(yīng)活性、粒徑分布和氧化鈣含量。
石灰石的脫硫反應(yīng)活性可表述為石灰石與SO2進行表面化學(xué)反應(yīng)的難易程度，受到石灰石成分和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)等因素的影響。不同產(chǎn)地的石灰石存在較大的差別，通常通過實驗室熱重試驗進行評價。
石灰石顆粒的粒徑分布要保證大部分顆粒能夠被鍋爐的旋風(fēng)分離器分離而多次利用。鍋爐設(shè)備生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計的分離器效率推薦石灰石的粒徑分布，一般情況下石灰石中位粒徑d50(粒徑分布的篩分曲線上，篩上物的累積篩余量或通過量為50%的顆粒所對應(yīng)的粒徑)為250～450μm，zui大粒徑dmax為1.0～1.5mm。工程應(yīng)用中可以結(jié)合飛灰和循環(huán)灰粒徑分布綜合考慮。氧化鈣含量用于評價石灰石的純度，相同條件下優(yōu)先選取氧化鈣含量高的石灰石作為脫硫劑。
3.2.2爐內(nèi)干法脫硫系統(tǒng)參數(shù)
爐內(nèi)干法脫硫工藝系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)包括石灰石輸送量、輸送風(fēng)速、輸送物料濃度等。
爐內(nèi)干法脫硫系統(tǒng)雖然屬于氣力輸送的范疇，但由于石灰石粉堆積密度大、逸氣性強、磨損指數(shù)大，易沉積板結(jié)的特性，在工藝系統(tǒng)設(shè)計上和其他粉粒體氣力輸送較大的差異。因此，爐內(nèi)干法脫硫工藝系統(tǒng)核心參數(shù)選取和自動控制策略的制定都需要根據(jù)石灰石、煤種和鍋爐爐型等因素綜合考慮方可達到理想的效果。
4、結(jié)束語
綜上所述，只有真正做好理了循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)的研究工作，才能夠進一步提高技術(shù)的實踐效果，同時，也應(yīng)該為技術(shù)的發(fā)展提供更多的思路和經(jīng)驗，保證技術(shù)更加的有質(zhì)量。