关键词：循环流化床锅炉；超低零排放技术；
循环流化床燃烧技术是20 世纪中期国际上发展起来的一种新型洁净燃烧技术，近30 a 来，循环流化床（CFB）锅炉能够比较清洁地燃烧各种固体燃料， 但其如何适应新的国家环保标准， 实现SO2及NOx污染物的超低排放， 需作进一步研究。
一、循环流化床锅炉超低零排放技术现状
为了全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，国家环保部印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，加快现役燃煤发电机组超低排放改造步伐，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、SO2、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg /m3。近年，CFB(循环流化床) 锅炉技术在我国得到迅速发展，循环流化床锅炉机组发电容量近1亿kW，总循环流化床锅炉台数大于3000 台，其工程应用已发展到600 MW 超临界等级。通过炉内喷入石灰石粉实现高效脱硫是CFB 锅炉的特点，也是CFB 锅炉得以迅速发展的主要原因之一。由于炉内干法脱硫技术具有工艺流程简单、初投资及运行费用较低等优点，CFB 锅炉设计阶段大多配置有炉内干法脱硫装置。一般认为，CFB锅炉在加入石灰石量达到Ca /S 约为2.5时，可以实现90%以上的脱硫效率。对于相当大一部分折算硫分较高的CFB 锅炉机组，单纯依靠炉内干法脱硫装置实现SO2超低排放并长周期稳定运行存在较大难度。循环流化床锅炉脱硫只需要维持85%～95%的炉内脱硫效率, 即采用较低的钙硫比, 从而节约石灰石或石灰费用, 同时减少飞灰处理费用。一般而言, 燃用高硫煤的煤粉炉尾部FGD的脱硫负荷较重, 使用石灰浆的运行成本比循环流化床锅炉炉内石灰石干法脱硫要高许多, 因此, 可以适当地分配低成本炉内脱硫和尾部高成本深度脱硫的比例使脱硫成本最低。
二、循环流化床锅炉超低零排放技术
1.用于循环流化床锅炉尾部补偿脱污染物的反应器(A QCS)。目前用在循环流化床锅炉尾部烟气脱污染物上的反应器有2 类:一类是半干法反应器, 另一类为干法吸收塔, 也称作基于干灰的吸收塔。一是喷雾干燥吸收塔SDA。在喷雾干燥吸收塔SDA 中, 吸收塔出口温度越接近烟气内水分的饱和温度, 液滴内水分存在的时间越长, 也就越增加了液滴液面吸附二氧化硫气体的时间, 吸收塔效率就越高。对第二阶段的吸附, 水分较多时, 有利于吸附的二氧化硫从颗粒表面向颗粒内部扩散, 使表面吸附更多二氧化硫。一般反应器出口温度设计在70℃～80℃, 比烟气绝热饱和温度即湿球温度高20℃～ 30℃。重金属脱除的基本原理是, 气相重金属及其化合物(汞、铅、铍等)在反应器的凝结及凝结成的悬浮微粒在袋式除尘器的分离。由于大颗粒多孔表面对亚微米悬浮颗粒的吸附作用极强, 因此滤袋对烟气粉尘分离效率越高, 滤袋颗粒层此类亚微米颗粒的除尘效率就越高。吸收塔与袋式除尘器或静电除尘器构成一个飞灰循环回路即循环床, 增加了飞灰与烟气的接触时间。烟气循环床中, 烟气是通过一组高速文丘里喷嘴从底部引入反应器, 采用了较低的流化速度, 因此在反应器内形成了一个真正的流化床层。工艺过程是完全“干”的, 即不但脱硫产物为干态送出, 而且脱硫剂干态送入反应器。在干法吸收塔中, 来自锅炉的烟气从反应器底部引入, 向上通过文丘里喷嘴进入反应器。石灰也是从文丘里喷嘴下面引入, 在文丘里喷嘴里与烟气混合进入反应器。冷却增湿活化水从文丘里喷嘴上部独立引入反应器, 与新鲜石灰送入及循环灰循环没有关联。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于干法工艺减少了湿法工艺中必不可少的设备常规维护, 如球磨机、浆泵、搅拌器、高速旋转喷雾器、石膏脱水设备等, 工艺的可靠性和可用率得到改善。
2.除尘工艺。适应循环流化床锅炉超低排放的除尘技术主要包括前端本体除尘技术和终端除尘技术，其中前端本体除尘技术主要为电袋/袋式除尘技术，终端除尘技术包括湿式电除尘技术和湿法脱硫装置协同除尘技术，袋式除尘器在循环流化床的应用较为广泛，已成为循环流化床锅炉前端除尘设施的首选。湿式电除尘器原理与干式电除尘器相同，采用液体冲刷清洗极板。主要用于脱除微细颗粒物（包括气溶胶）、硫酸雾、重金属等，一般设计入口粉尘浓度不大于30mg/m3，出口粉尘排放可达到5mg/m3以下，是当前技术条件下实现超低排放的可靠途径。设备投资较高，燃煤电厂应用业绩少、国内应用时间短，极线极板腐蚀及高入口粉尘浓度情况下极板结垢情况有待于进一步验证，部分技术水耗高、废水须处理。
3.炉内高效脱硫。一是石灰石物化参数。脱硫剂石灰石影响炉内脱硫效率的主要参数包括石灰石的脱硫反应活性、粒径分布和氧化钙含量。SO2进行表面化学反应的难易程度，受到石灰石成分和内部微观结构等因素的影响。不同产地的石灰石存在较大的差别，通常通过实验室热重试验进行评价。石灰石颗粒的粒径分布要保证大部分颗粒能够被锅炉的旋风分离器分离而多次利用。锅炉设备生产厂家根据设计的分离器效率推荐石灰石的粒径分布，工程应用中可以结合飞灰和循环灰粒径分布综合考虑。氧化钙含量用于评价石灰石的纯度，相同条件下优先选取氧化钙含量高的石灰石作为脱硫剂。二是炉内干法脱硫系统参数。炉内干法脱硫工艺系统设计参数包括石灰石输送量、输送风速、输送物料浓度等。炉内干法脱硫系统虽然属于气力输送的范畴，但由于石灰石粉堆积密度大、逸气性强、磨损指数大，易沉积板结的特性，在工艺系统设计上和其他粉粒体气力输送较大的差异。因此，炉内干法脱硫工艺系统核心参数选取和自动控制策略的制定都需要根据石灰石、煤种和锅炉炉型等因素综合考虑方可达到理想的效果。三是锅炉运行参数。在工程应用中，可通过锅炉运行参数的调整试验和锅炉设备的改造，优化锅炉的运行床温和运行氧含量。部分现役CFB 锅炉机组通过锅炉受热面、高温旋风分离器、布风装置等锅炉主循环回路设备改造，优化锅炉运行参数，提高脱硫效率取得了一定的效果。 某电厂2 台CFB 锅炉设计运行床温885℃，由于设计过程中受热面布置不合理，造成2台锅炉在满负荷时平均运行床温达到938℃以上。锅炉运行中存在脱硫用石灰石耗量大、SO2排放不稳定等问题。2015年2 号炉通过炉膛受热面技术改造，满负荷时运行床温降至897℃，改造后SO2排放稳定。据统计，2015年7 月在满足SO2排放值不高于200mg /m3的条件下，2号炉日平均石灰石用量266t，而1 号炉日平均石灰石用量511t。提高炉内干法脱硫效率不应以大幅度牺牲钙硫比为代价，根据工程经验钙硫比的选取最大不宜高于4.0，且石灰石粉与入炉煤质量比不宜高于1∶5。石灰石粉的大比例加入会造成CFB 锅炉脱硫热损失增加、受热面磨损加剧、NOx生成量升高等负面影响。
随着工业的不断发展，探究新型的深度脱硫、脱硝及除尘技术在循环流化床锅炉中具有深远的意义和价值。循环流化床锅炉脱硝技术的联用进而可以促进煤炭工业的可持续发展。
参考文献：
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论文作者: 陆勤玉
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 17期
论文发表时间:2020/1/9
标签：锅炉论文; 流化床论文; 石灰石论文; 反应器论文; 吸收塔论文; 技术论文; 超低论文; 《当代电力文化》2019年 17期论文;