循環(huán)流化床鍋爐與環(huán)境保護研究
2015-04-29 00:00:00章棟
【摘 要】循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用目前國內(nèi)外最新的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，具有燃料適用范圍廣、對環(huán)境污染小的優(yōu)勢。在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，我們所追求的應(yīng)該是可持續(xù)發(fā)展，而不是以犧牲環(huán)境為代價的發(fā)展。衡量一種技術(shù)市場競爭力的指標，不再僅僅局限于其所能帶來的經(jīng)濟效益，而是將該技術(shù)對環(huán)境的污染程度也納入考慮的范圍。使用循環(huán)流化床鍋爐能大大減小SO2、NO2等污染物的排放，有利于環(huán)境保護。本文主要介紹循環(huán)流化床鍋爐主要污染物的排放以及控制方法。
【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床；排放；環(huán)境保護
在全球經(jīng)濟不斷發(fā)展的今天，環(huán)境保護已經(jīng)成為全球各行各業(yè)關(guān)注的話題。鍋爐運行時，燃料燃燒會產(chǎn)生二氧化硫、一氧化氮等污染氣體，對環(huán)境會造成相當嚴重的破壞。循環(huán)流化床技術(shù)由于具有燃料適用廣、污染小等特點，目前已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。燃料燃燒所排放的污染物主要是硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、鹵族元素和粉塵，只要做好一些關(guān)鍵點的控制，就可以將這些污染物的排放降到最低。
1.二氧化硫
以煤炭作為燃料，一般需要在燃料中加入適當?shù)奶砑觿砑觿┑某煞忠话銥槭沂?。石灰石在在高溫條件下分解成生石灰和二氧化碳，而生石灰與二氧化硫又可以反應(yīng)生成硫酸鈣。反應(yīng)方程式如下：
CaCO3==CaO+CO2
CaO+SO2+1/2O2==CaSO4
這個過程可以有效降低二氧化硫的排放，也稱作脫硫反應(yīng)。該反應(yīng)在850攝氏度高溫的條件下反應(yīng)最徹底，效率最高。若超過這個溫度，生成的硫酸鈣又會產(chǎn)生緩慢分解效應(yīng)；而若低于這個溫度，則無法充分燃燒且過程緩慢。
實際的脫硫效果受到很多因素的影響，其中石灰石的孔隙結(jié)構(gòu)是最重要的因素之一。適當?shù)目紫督Y(jié)構(gòu)可以增加石灰石與二氧化硫的解除面積，提高反應(yīng)速度，在相同的時間內(nèi)可以吸收更多的二氧化硫，二氧化硫的實際排放量也更小。循環(huán)流化床鍋爐具有物料循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過粉碎處理的石灰石可以與燃燒產(chǎn)生的二氧化硫充分接觸，進一步提高脫硫效率。實踐經(jīng)驗顯示，只要控制好參與反應(yīng)的鈣硫比，就可以是脫硫效率達到95%以上。
2.氮氧化物
2.1 NOX的含義
燃料燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物一般是指一氧化氮和二氧化氮，因為前者最后還是會向后者轉(zhuǎn)化，所以我們一般不將其細分，而是統(tǒng)稱為NOX。實際上，二者在元素組成上僅是氧元素不同，所以在分析燃燒產(chǎn)生的污染氣體時，就無需對二者進行區(qū)分。
2.2 NOX的生成過程
燃料燃燒過程中，氮氧化物的生成主要有兩個途徑：一是空氣中的氮氣在高溫條件下發(fā)生氧化；二是燃料中的氮元素在800攝氏度左右的低溫燃燒條件下與空氣中氧氣結(jié)合生成。在這兩個過程中，后者是氮氧化物生成的主要途徑。一般經(jīng)燃料中氮元素氧化而生成的氮氧化物占總量的95%以上。循環(huán)流化床鍋爐可以從一定程度上減小氮氧化物的排放量，大實際上與普通的煤粉鍋爐的排放量并無太大差異，氮的轉(zhuǎn)化率依舊沒有明顯變化。燃燒過程中氮的轉(zhuǎn)化率主要受到過剰空氣量、床溫等因素的影響，因此即使是循環(huán)流化床鍋爐也要注意控制好這些因素。
2.3控制NOX排放量的具體措施
第一，控制床溫。實踐表明，當床溫在800～850攝氏度之間時，氮氧化物的排放量最小。超過850攝氏度，不僅氮氧化物排放量增大，二氧化硫的排放量也會隨之增大；而低于800攝氏度時，燃料不能充分燃燒且燃燒緩慢，鍋爐的性能會大幅降低。第二，控制過?？諝饬?。過高的過剰空氣量會大大增加氮氧化物的生成量，因此應(yīng)當盡量減小過剰空氣量，這也是限制氮氧化物排放量的最簡單易行的方法。第三，可在主床上部的自由空間內(nèi)采用分段式燃燒。
3.一氧化碳
我國對一氧化碳的排放有一個明確的標準，即不超過25mg/Nm3。一般情況下，循環(huán)流化床鍋爐在使用時只要控制好關(guān)鍵的點就可以滿足這個要求。但在一些特殊情況下，比如鍋爐低負荷運轉(zhuǎn)情況下，需要特別注意一些問題。
在這種情況下，燃料處于低溫燃燒狀態(tài)。在使用濃度較高的粉粒煤燃料時由于對主床上部自由空間燃燒影響較大，低溫會使碳粉燃燒不充分進而增加一氧化碳的排放量。但如果在自由空間內(nèi)提供足夠的空氣，即可限制一氧化碳的排放量。實踐證明，通過這種方法，很容易達到上面提到的排放標準。
4.鹵族元素
煤炭燃燒產(chǎn)生的鹵族污染氣體一般是氟和氯。實際上，質(zhì)量較高的煤在燃燒時產(chǎn)生的鹵族元素較少。一些劣質(zhì)煤含有較多的鹵族元素，在高溫條件下可以發(fā)生水解反應(yīng)，形成氟化氫以及氯化氫。而石灰石分解形成的生石灰會吸附一定量的鹵化氫。在鹵化氫已經(jīng)生成的時候，由于生石灰參與脫硫反應(yīng)，鍋爐內(nèi)生石灰的量已經(jīng)很少。但是此時生石灰與鹵化氫接觸的面積仍然很大，所以更希望鹵族元素的濃度高一些。
在實際中我們發(fā)現(xiàn)，在鍋爐尾端煙氣溫度不高的情況下，可以更好地攜帶飛灰。在這種情況下，多相物質(zhì)平衡表現(xiàn)為鹵化鈣和水之間的平衡，因此可以更好地吸收鹵族元素。
5.粉塵
與其他類型的鍋爐相比，循環(huán)流化床鍋爐燃料燃燒所產(chǎn)生的粉塵較少。但是，由于循環(huán)流化床鍋爐加了一定量的石灰石，因此粉塵的成分和形態(tài)與其他類型鍋爐也存在差異。
我國對于粉塵排放的要求為不超過20mg/Nm3，為了保證循環(huán)流化床鍋爐滿足這一標準，需在除塵器方面展開突破。一般情況下，除塵器可以選擇電式或布袋式，具體要根據(jù)實際情況而定。布袋式除塵器價格低廉，對直徑較小的粉塵阻隔效果很好，而且在粉塵電阻過大時，采用布袋式除塵器也更為合適。電除塵器在選擇時要考慮煙氣和粉塵的電學(xué)特性，主要是比電阻和導(dǎo)電系數(shù)。同時需要注意的是，粉塵的比電阻不僅和粉塵的尺寸外形和成分有關(guān)，還和其所在環(huán)境溫度有直接關(guān)系，一般高溫情況下比常溫情況比電阻要大。
6.結(jié)語
循環(huán)流動床鍋爐在環(huán)境保護方面有著其獨特的性質(zhì)，可從降低二氧化硫、氮氧化物、鹵族元素以及粉塵等方面加以研究，做好相關(guān)技術(shù)要點的控制。首先要滿足國家規(guī)定的相關(guān)排放標準，其次要善于利用自身優(yōu)勢盡量減小排放量。只有把對環(huán)境的污染限制到最小，我們?nèi)祟惒拍苡览m(xù)發(fā)展。 [科]
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