循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)研究

翁麗娟

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電量需求持續(xù)增加，客觀上需要建設(shè)更多的發(fā)電廠來(lái)彌補(bǔ)供電的不足。然而，火電廠數(shù)量的增加帶來(lái)了嚴(yán)峻的環(huán)保問(wèn)題，污染氣體排放已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的生命安全，現(xiàn)階段廣泛采用循環(huán)流化床（CFB）鍋爐，該鍋爐能夠清潔燃燒各種固體燃料，如何進(jìn)一步降低污染物排放受到了人們廣泛的關(guān)注。該文首先介紹了CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合實(shí)際案例，給出了具體的低排放技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 低碳減排 污染氣體

中圖分類號(hào)：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0028-03

我國(guó)人員多，用電量大，傳統(tǒng)的火力發(fā)電是主要的電力來(lái)源，然而火力發(fā)電所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響了電力工業(yè)的發(fā)展。降低污染物排放是電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。自2014年7月1日起，規(guī)定燃煤鍋爐煙塵排放限額為30 mg/m3，二氧化硫?yàn)?00 mg/m3，氮氧化物為200 mg/m3。目前，各大燃煤發(fā)電單位、高?；蚩蒲袉挝灰呀?jīng)開始研究深度脫硫、脫硝等低排放技術(shù)，其中CFB技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，該技術(shù)起源于1970年，屬于一種清潔燃燒技術(shù)，燃燒最佳溫度為800℃～900℃，通過(guò)加入一定量的石灰石顆粒，可以吸收燃料中生成的污染氣體，普通的CFB鍋爐仍然無(wú)法達(dá)到新形勢(shì)下的低污染氣體排放的標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要對(duì)脫硫、脫硝等技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，從而達(dá)到降低污染物排放的目的，最終使火力發(fā)電企業(yè)在日益競(jìng)爭(zhēng)激烈的電力市場(chǎng)中保持健康發(fā)展。

1 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)

CFB鍋爐主要采用單鍋筒，以一種比較自然的方式循環(huán)，分為前部和尾部連個(gè)豎井，其中前端的豎井為總吊結(jié)構(gòu)，水冷壁構(gòu)成了四周，包含風(fēng)室、密相和稀相區(qū)。尾部的煙道則由高低溫過(guò)熱器。預(yù)熱器等構(gòu)成，豎井則主要采用支撐結(jié)構(gòu)。前后兩個(gè)豎井之間用旋風(fēng)分離器連接，分離器的下部與灰冷器或循回裝置連接。在燃料室中和分離器的內(nèi)部裝有防磨內(nèi)襯，前部和尾部的豎井采用不同的爐墻，前部采用敷管、尾部采用輕型，鍋爐整體重力由外部的8根鋼管支撐。鍋爐內(nèi)煤或油的燃燒，需要分級(jí)進(jìn)行，風(fēng)比率為55%，采用干式進(jìn)行灰渣排放分離，然后經(jīng)過(guò)螺旋出渣機(jī)和灰斗進(jìn)行排除。該鍋爐十分注重爐膛的設(shè)計(jì)，流化速度為3 m/s，采用合理的爐膛截面，即使燃燒的原料不同，也可以確保燃燒效率高達(dá)99%。分離器的煙進(jìn)口溫度在800℃左右，由于風(fēng)筒的內(nèi)徑比較小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，桶內(nèi)設(shè)置一層薄薄的內(nèi)襯，其使用壽命更長(zhǎng)，循環(huán)倍率為15倍。

2 循環(huán)流化床鍋爐低排放技術(shù)的應(yīng)用

2.1 CFB脫硫技術(shù)

煤中含有的硫成分，按照在空氣中是否可以燃燒分為兩種：第一種是可燃硫；第二種是不可燃硫。CFB鍋爐中可燃的硫的產(chǎn)物是二氧化硫，這部分硫包括硫單質(zhì)、有機(jī)硫等，占到煤中硫總含量的90%；第二種硫成分在空氣中無(wú)法燃燒，可以在一定溫度下以硫酸鈣的形式穩(wěn)定存在。下面介紹幾種常見的脫硫工藝：（1）爐內(nèi)干法脫硫技術(shù)。通過(guò)向CFB鍋爐中加入碳酸鈣來(lái)控制二氧化硫的排放量，該脫硫技術(shù)的步驟是首先碳酸鈣在高溫下分解為二氧化碳和氧化鈣，氧化鈣與二氧化硫反應(yīng)生成固體硫酸鈣，然后將生成的硫酸鈣和爐渣、飛灰一塊排出鍋爐，最終達(dá)到了去除硫的目的。（2）CFB-FGB半干法脫硫。鍋爐內(nèi)煤燃燒后出來(lái)的煙氣，流入循環(huán)流化床脫硫塔，經(jīng)過(guò)噴水降溫，使煙氣的溫度降低近15℃左右，然后加入水、各種吸收劑、脫硫灰等，經(jīng)過(guò)一些化學(xué)反應(yīng)，生成了固體硫化物，最終達(dá)到降低煙氣中硫物質(zhì)的含量的目的。（3）采用石灰石-石膏濕法進(jìn)行脫硫。該脫硫工藝采用的是石灰石脫硫劑，可以向硫物吸收塔中噴入吸收漿液，使這些物質(zhì)與煙氣進(jìn)行充分接觸，達(dá)到對(duì)煙氣過(guò)濾的作用，二氧化硫與強(qiáng)氧化空氣及漿液發(fā)生反應(yīng)，生成硫化鈣水化物，可以有效吸收煤化物中硫成分。以上三種脫硫方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體的比較如表1所示。

通過(guò)對(duì)上述表格的分析可以得出采用第二種脫硫工藝，可以將脫硫的效率提升到90%以上，可以實(shí)現(xiàn)除塵和脫硫共同開展，與此同時(shí)為了滿足二氧化硫和煙塵的排放限額，在容量高于300MW的火電機(jī)組普遍采用第二種脫硫技術(shù)。采用第三種脫硫工藝的脫硫效率最高，為95%以上，但是不足之處是采用這種技術(shù)可能會(huì)增加火電廠的建設(shè)成本，有關(guān)部門需要根據(jù)具體的情況去選擇。實(shí)際中，有些地區(qū)要求CFB鍋爐機(jī)組的綜合脫硫效率高達(dá)98%，那么采用單一的脫硫方法就無(wú)法達(dá)到低排放的要求，因此，迫切需要尋找一種效率更高的方法，目前，可行的辦法是采用鍋爐內(nèi)干燥的方法和煙氣脫硫工藝的結(jié)合，以達(dá)到對(duì)煤中的硫含量深度脫去的目的，且調(diào)節(jié)的手段更加靈活、可靠，最終可以滿足國(guó)家的相關(guān)規(guī)章規(guī)范。

2.2 CFB脫硝技術(shù)

循環(huán)流化床鍋爐在燃燒中會(huì)生成大量的氮氧化物，氮氧化物的量與燃料的溫度及空氣系數(shù)有關(guān)系。經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒中產(chǎn)生的氮氧化物分為兩種：第一種是燃料型；第二種是熱力型。第二種物質(zhì)的產(chǎn)生正比于鍋爐的溫度，即溫度越高產(chǎn)生的氮氧化物越高。CFB鍋爐內(nèi)爐膛的溫度要比煤粉爐的溫度略低，因此產(chǎn)生的第二種氮氧化物較少。下面詳細(xì)介紹第一種氮氧化物生成的主要步驟：第一步，燃燒過(guò)程中含有氮化物的固體物質(zhì)受熱以后，會(huì)逐漸分解為氨氣或HCN，將隨著鼓入的空氣釋放出來(lái)。第二步，生成的部分氨氣或HCN在氧氣的作用下轉(zhuǎn)化為氮氧化物，氮氧化物的轉(zhuǎn)化率和生成量取決于爐膛內(nèi)的燃燒溫度，當(dāng)溫度比較高時(shí)，氮將以一氧化氮或二氧化氮的形式釋放出來(lái)，若此時(shí)爐膛內(nèi)的溫度較低，則氮化物將殘留在灰渣中?；谶@種原理，可以除去粉塵后的風(fēng)機(jī)出口處的煙霧送入鍋爐一次風(fēng)機(jī)地點(diǎn)，吹入爐膛進(jìn)行二次燃燒，送風(fēng)管的規(guī)格為720×5，且在吹風(fēng)機(jī)出口匯合處添加閥門，用以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，改造完成后可有效控制循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的溫度，使其穩(wěn)定在900°左右，按照發(fā)電廠使用煤的質(zhì)量等級(jí)，可以計(jì)算出燃燒煤以后產(chǎn)生的氮氧化物濃度，排放的濃度低于200 mg/m3。endprint

2.3 CFB粉塵檢測(cè)升級(jí)改造

眾所周知，煙氣中含有的粉塵會(huì)對(duì)環(huán)境造成十分嚴(yán)重的危害，因此，對(duì)粉塵的監(jiān)測(cè)儀器實(shí)行升級(jí)對(duì)測(cè)量粉塵含量有非常大的幫助。以前普遍采用的是國(guó)產(chǎn)LDM-100型激光粉塵儀，該儀器通過(guò)測(cè)定射入煙氣中的光強(qiáng)和射出煙氣的光強(qiáng)進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到對(duì)排煙管道、粉塵的濃度等實(shí)時(shí)測(cè)量的目的。這列粉塵的監(jiān)測(cè)范圍在0～100之間，然而，實(shí)際監(jiān)測(cè)中受粉塵顆粒的影響比較大，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的精度不是十分理想，且對(duì)于濕度比較大的煙氣測(cè)量更加不準(zhǔn)確，因此，采用該監(jiān)測(cè)方法無(wú)法滿足監(jiān)測(cè)的要求。為了解決這類問(wèn)題，2013年我國(guó)引入PM-1820WS型低粉檢測(cè)儀，該儀器工作原理與激光粉塵完全不同，針對(duì)煙氣中水分含量較多，導(dǎo)致結(jié)露問(wèn)題的出現(xiàn)的情況，有很好的作用，通過(guò)拌熱的探頭將煙氣進(jìn)行抽取，干燥情況下對(duì)粉塵的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以有效避免水汽對(duì)結(jié)果的影響，能夠比較精確地測(cè)量出飽和情況下的煙氣粉塵的含量。采用該儀器設(shè)備后，測(cè)量粉塵的濃度更加精細(xì)，使得排放的煙霧粉塵量能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境改善有較大的幫助。

3 案例分析

以某電廠的機(jī)組為例進(jìn)行說(shuō)明，為了響應(yīng)國(guó)家的《煤電節(jié)能減排升級(jí)和改造行動(dòng)計(jì)劃》，該電廠根據(jù)流場(chǎng)模擬的結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)噴射系統(tǒng)進(jìn)行了改造，增加了噴槍的數(shù)量，爐內(nèi)的燃料采用分級(jí)燃燒和多段控制策略，對(duì)燃燒設(shè)備如風(fēng)帽、受熱面、返料倉(cāng)等進(jìn)行改造，并采用了高效的脫硫技術(shù)，有效降低了氮氧化物及硫化物的排放量。表2為改造前后機(jī)組的參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，采用CFB鍋爐不僅在燃料方面有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，而且可以有效降低污染物的排放量，為此，在電力企業(yè)中被普遍采用，隨著國(guó)家環(huán)保要求的不斷提高，對(duì)CFB鍋爐進(jìn)行下一步改造顯得十分重要，在CFB鍋爐中引入脫硝和脫硫排放，并深入分析二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等污染氣體的生成條件，將為后續(xù)的污染物治理實(shí)現(xiàn)超低排放奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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