试析循环流化床锅炉超低排放技术刘世俊

试析循环流化床锅炉超低排放技术刘世俊

刘世俊

（山西京玉发电有限责任公司山西省右玉县037200）

摘要：循环流化床（circulatingfluidizedbed，CFB）锅炉传统的炉内脱硫和低温分级燃烧等技术不能满足近零排放（即超净排放）的环保要求。为此，结合CFB锅炉污染物排放控制实践，提出了采用“炉内脱硫+尾部湿法”烟气脱硫技术、“选择性非催化还原+选择性催化还原”联合脱硝技术、湿式电除尘器技术的技术路线，来实现CFB锅炉近零排放，即达到现行燃煤发电机组排放水平。

关键词：循环流化床；锅炉；超低排放技术

一、循环流化床锅炉的燃烧特点

循环流化床锅炉是燃料范围适应性较大的低污染清洁燃烧技术。其具有燃烧温度低850～900℃、烟气中污染气体排放浓度低等优点，在当今日益严峻的能源枯竭和生态保护要求下，在我国得到了迅速的发展，目前我国循环流化床机组最大等级为600MW。

温度型氮氧化物是指燃烧过程中空气含的氮气，在高温下（1500℃以上）产生的氮氧化物，它随温度的升高而急剧生成。另外，氧气的浓度越高，氮氧化物的生成量就越高。综上所述，影响温度型氮氧化物的生成量，主要影响因素是温度、氧气浓度和停留时间。CFB炉的燃烧温度在850～900，所以基本上没有温度型氮氧化物的产生。

燃料型氮氧化物是指燃料中的N，在燃烧过程中氧化而生成的氮氧化物，而燃料型氮氧化物的生成量只占煤中N的产物的60%，其余大部分为N2和NH3，且燃料型氮氧化物的生成温度范围在600～800℃。由于燃烧中碳粒子的存在及NH3的生成，它们又是氮氧化物的良好的还原剂，特别是在850～950℃范围内。

要想降低氮氧化物的排放量，一是要控制低温燃烧（CFB炉的燃烧温度在850～900℃，正是脱硫的最理想的温度范围）；二是要采用分级燃烧。所谓分级燃烧，就是让燃料在床层中空气（即一次风）稍微不足的条件下燃烧（称为一级燃烧），这时由于空气不足，一次风只能供部分燃料燃烧，产生大量碳粒和NH3与烟气混合，进而将氮氧化物还原成H2、N2，这时再在床层上方适当位置送入二次风，以保证氮氧化物的分解反应充分完成（称为二级燃烧）。CFB锅炉则很好地满足了这些要求，从而使烟气中的氮氧化物含量在40～150mg/m3（而同煤种的PC炉，则在300～450mg/m3）。

二、循环流化床锅炉低排放技术的应用

2.1CFB脱硫技术

煤中含有的硫成分，按照在空气中是否可以燃烧分为两种：第一种是可燃硫；第二种是不可燃硫。CFB锅炉中可燃的硫的产物是二氧化硫，这部分硫包括硫单质、有机硫等，占到煤中硫总含量的90%；第二种硫成分在空气中无法燃烧，可以在一定温度下以硫酸钙的形式稳定存在。下面介绍几种常见的脱硫工艺：①炉内干法脱硫技术。通过向CFB锅炉中加入碳酸钙来控制二氧化硫的排放量，该脱硫技术的步骤是首先碳酸钙在高温下分解为二氧化碳和氧化钙，氧化钙与二氧化硫反应生成固体硫酸钙，然后将生成的硫酸钙和炉渣、飞灰一块排出锅炉，最终达到了去除硫的目的。②CFB-FGB半干法脱硫。锅炉内煤燃烧后出来的烟气，流入循环流化床脱硫塔，经过喷水降温，使烟气的温度降低近15℃左右，然后加入水、各种吸收剂、脱硫灰等，经过一些化学反应，生成了固体硫化物，最终达到降低烟气中硫物质的含量的目的。③采用石灰石-石膏湿法进行脱硫。该脱硫工艺采用的是石灰石脱硫剂，可以向硫物吸收塔中喷入吸收浆液，使这些物质与烟气进行充分接触，达到对烟气过滤的作用，二氧化硫与强氧化空气及浆液发生反应，生成硫化钙水化物，可以有效吸收煤化物中硫成分。以上三种脱硫方法各有优缺点，具体的比较如表1所示。

通过对上述表格的分析可以得出采用第二种脱硫工艺，可以将脱硫的效率提升到90%以上，可以实现除尘和脱硫共同开展，与此同时为了满足二氧化硫和烟尘的排放限额，在容量高于300MW的火电机组普遍采用第二种脱硫技术。采用第三种脱硫工艺的脱硫效率最高，为95%以上，但是不足之处是采用这种技术可能会增加火电厂的建设成本，有关部门需要根据具体的情况去选择。实际中，有些地区要求CFB锅炉机组的综合脱硫效率高达98%，那么采用单一的脱硫方法就无法达到低排放的要求，因此，迫切需要寻找一种效率更高的方法，目前，可行的办法是采用锅炉内干燥的方法和烟气脱硫工艺的结合，以达到对煤中的硫含量深度脱去的目的，且调节的手段更加灵活、可靠，最终可以满足国家的相关规章规范。

2.2CFB脱硝技术

循环流化床锅炉在燃烧中会生成大量的氮氧化物，氮氧化物的量与燃料的温度及空气系数有关系。经过检测发现锅炉燃烧中产生的氮氧化物分为两种：第一种是燃料型；第二种是热力型。第二种物质的产生正比于锅炉的温度，即温度越高产生的氮氧化物越高。CFB锅炉内炉膛的温度要比煤粉炉的温度略低，因此产生的第二种氮氧化物较少。下面详细介绍第一种氮氧化物生成的主要步骤：第一步，燃烧过程中含有氮化物的固体物质受热以后，会逐渐分解为氨气或HCN,将随着鼓入的空气释放出来。第二步，生成的部分氨气或HCN在氧气的作用下转化为氮氧化物，氮氧化物的转化率和生成量取决于炉膛内的燃烧温度，当温度比较高时，氮将以一氧化氮或二氧化氮的形式释放出来，若此时炉膛内的温度较低，则氮化物将残留在灰渣中。基于这种原理，可以除去粉尘后的风机出口处的烟雾送入锅炉一次风机地点，吹入炉膛进行二次燃烧，送风管的规格为720×5，且在吹风机出口汇合处添加阀门，用以调节风量的大小，改造完成后可有效控制循环流化床锅炉内的温度，使其稳定在900°左右，按照发电厂使用煤的质量等级，可以计算出燃烧煤以后产生的氮氧化物浓度，排放的浓度低于200mg/m3。

2.3CFB粉尘检测升级改造

众所周知，烟气中含有的粉尘会对环境造成十分严重的危害，因此，对粉尘的监测仪器实行升级对测量粉尘含量有非常大的帮助。以前普遍采用的是国产LDM-100型激光粉尘仪，该仪器通过测定射入烟气中的光强和射出烟气的光强进行对比，达到对排烟管道、粉尘的浓度等实时测量的目的。这列粉尘的监测范围在0～100之间，然而，实际监测中受粉尘颗粒的影响比较大，导致监测的精度不是十分理想，且对于湿度比较大的烟气测量更加不准确，因此，采用该监测方法无法满足监测的要求。为了解决这类问题，2013年我国引入PM-1820WS型低粉检测仪，该仪器工作原理与激光粉尘完全不同，针对烟气中水分含量较多，导致结露问题的出现的情况，有很好的作用，通过拌热的探头将烟气进行抽取，干燥情况下对粉尘的浓度进行监测，可以有效避免水汽对结果的影响，能够比较精确地测量出饱和情况下的烟气粉尘的含量。采用该仪器设备后，测量粉尘的浓度更加精细，使得排放的烟雾粉尘量能够满足相关标准，对环境改善有较大的帮助。

结语

总之，采用CFB锅炉不仅在燃料方面有较强的适应能力，而且可以有效降低污染物的排放量，为此，在电力企业中被普遍采用，随着国家环保要求的不断提高，对CFB锅炉进行下一步改造显得十分重要，在CFB锅炉中引入脱硝和脱硫排放，并深入分析二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等污染气体的生成条件，将为后续的污染物治理实现超低排放奠定坚实的基础。

参考文献

[1]石祥彬，等.循环流化床锅炉喷氨高效脱硝研究[J].中国电机工程学报，2011.

[2]梁建红.黄中循环流化床锅炉降低NO工排放浓度试验与优化改造研究[J].锅炉技术，2015.