循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術研究

陸業(yè)宇（中科（廣東）煉化有限公司）

火電發(fā)電的高污染排放是制約電力行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的主要因素，節(jié)能減排、減少污染是當前電力行業(yè)的核心問題。近年來，各地區(qū)不斷加大對火電行業(yè)污染排放的要求，“超低排放”、“近零排放”、“綠色發(fā)電”成為電力行業(yè)發(fā)展主流趨向。電廠發(fā)電過程中污染排放物質(zhì)量濃度標準為：SO2的質(zhì)量濃度小于35 mg/m3，NOx的質(zhì)量濃度小于50 mg/m3，煙塵的質(zhì)量濃度小于5 mg/m3。而傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中的循環(huán)硫化床（CFB）僅僅依靠介入石灰石進行脫硫，依靠低溫分級燃燒控制煙塵，進行低氮排放已然無法達到現(xiàn)今污染控制要求，因而進一步開發(fā)新型超低排放技術勢在必行，盡可能實現(xiàn)近零排放，實現(xiàn)最佳的減排降污處理，促進火力發(fā)電廠的健康持續(xù)發(fā)展。

1 CFB鍋爐脫硫技術

很多地區(qū)發(fā)電廠在脫硫上采用爐內(nèi)加石灰石，通過控制床溫、鈣硫摩爾比等，可實現(xiàn)90%～99%的脫硫效率，SO2的質(zhì)量濃度小于200 mg/m3，這種控制技術僅符合有些非重點地區(qū)的要求，不適用于重點地區(qū)，更未能達到近零排放。倘若回用煤矸石、煤油、石油焦、石煤等高硫、低熱值劣質(zhì)燃料，其排放的SO2質(zhì)量濃度則更高。有些CFB鍋爐以爐內(nèi)脫硫為主要脫硫方法，其脫硫效率也僅為50%左右。下文針對常用的爐內(nèi)與爐外2級脫硫工藝、尾部煙氣脫硫工藝脫硫效率進行對此探究。

1.1 CFB鍋爐2級脫硫技術

針對Szs在1.0～2.5 g/MJ的燃料中，運用2級脫硫技術（圖1）可達到90%的爐內(nèi)或爐外脫硫效率，綜合脫硫效率可達99%，排放的SO2質(zhì)量濃度小于＜100 mg/m3。

圖1 CFB鍋爐2級脫硫技術流程

半干法脫硫工藝中，CFB反應器底部設置布風板等裝置，下部設施石灰漿噴嘴、返料口等，上部設置稀相區(qū)。CFB反應出口設置含立管與回料裝置的分離器，可對反應器循環(huán)物料進行分離，將其送至循環(huán)流化床反應器。鍋爐煙氣從下部布風裝置傳送至反應器，實現(xiàn)循環(huán)流化。石灰漿則從反應器兩相流噴嘴傳送至反應器，SO2、SO3等與脫硫劑在反應器中產(chǎn)生反應，其產(chǎn)物跟隨煙氣排除反應器。通過分離器反應分離后的固體顆粒再次進入CFB反應器進行多次循環(huán)反應處理，脫硫反應時間增加，脫硫劑利用率增大。由分離器分離出的煙氣及顆粒在除塵器中進行最終的除塵處理，經(jīng)此步驟后煙氣溫度為70～75℃，可直接排入大氣[1]。

1.2 FGD技術

要想達到35 mg/m3的SO2近零排放，筆者認為相較于相熟的半干法技術，石灰石-石膏濕法效果更佳，具體原因如下：

1）利用石灰石-石膏濕法進行脫硫時，其提效技術愈發(fā)成熟，脫硫率在98%以上，同時利用CFB爐內(nèi)脫硫技術，可實現(xiàn)99%以上的脫硫率，是SO2達到近零排放要求。但是，倘若使用煙氣循環(huán)流化床法，對反應條件要求較高，實際運行中容易被煤種、石灰粉等影響，運行中負荷波動較大；尤其在低負荷條件下，難以保證脫硫塔床層壓降，易導致脫硫率不穩(wěn)定，致使排放的SO2質(zhì)量濃度大于規(guī)定排放要求，未能實現(xiàn)近零排放。

2）采用煙氣循環(huán)流化床法，初期投資少，但后期為提升脫硫效率，需要保證鈣硫摩爾分數(shù)在1.6以上，平均年消耗脫硫劑所使用的費用較大，較之石灰石-石膏濕法高出50%以上；并且在電能消耗上，煙氣循環(huán)流床法消耗量高，經(jīng)濟性明顯較差?，F(xiàn)如今，石灰石-石膏濕法脫硫技術不斷完善，已經(jīng)妥善解決了腐蝕、磨損、堵塞等問題，投資成本減少，運行經(jīng)濟性明顯提升[2]。

3）石灰石-石膏濕法綜合利用效率高，爐內(nèi)脫硫比例減小，可綜合利用爐內(nèi)灰渣實現(xiàn)脫硫副產(chǎn)品的高效利用。煙氣循環(huán)流化床法無法較為穩(wěn)定地處理與應用副產(chǎn)品，對于新廢棄物的處理難度較大。

4）石灰石-石膏濕法可做到煙塵協(xié)同處理，同時利用干法除塵器，煙塵排放量在5 mg/m3以下，達到了近零排放要求；但是，現(xiàn)今的煙氣循環(huán)流化床技術則很難實現(xiàn)煙塵的近零排放。

綜上所述，CFB鍋爐在SO2的排放上，要想實現(xiàn)低于35 mg/m3的超低排放，利用石灰石-石膏濕法是最佳選擇。而對于缺水嚴重的老機組則可應用半干法脫硫，保證脫硫效率的同時與當?shù)丨h(huán)保要求相契合。利用濕法FGD技術的流程見圖2。

圖2 基于石灰石-石膏濕法的CFB鍋爐超低排放技術流程

2 CFB鍋爐脫硝技術

一般而言，CFB鍋爐運行床溫為850～950℃，可進行低溫燃燒。在對運行參數(shù)適當控制下，排放的NOx質(zhì)量濃度小于200 mg/m3；但對于高揮發(fā)性煤種，高運行床溫的鍋爐，其排放的NOx質(zhì)量濃度較大，可達到200 mg/m3，無法實現(xiàn)近零排放要求，在其尾部需裝配煙氣脫硝系統(tǒng)。現(xiàn)今，常用的脫硝方法為選擇性非催化還原（SNCR）法、選擇性催化還原（SCR）法。

2.1 SNCR

該技術運行程序簡單、效率高、費用低，但對溫度要求較高，有著極強的依賴性。煤粉鍋爐中脫硝率僅為30%，煤粉鍋爐還原劑有著極長的穿透深度，還原劑與煙氣混合程度不足，反應時間短。CFB鍋爐在除硝過程中，在低溫燃燒作用下初始排放濃度較低，熱力型與燃料型NOx急劇減少。此外，CFB鍋爐中的旋風分離器在850℃時處于SNCR反應范圍內(nèi)。旋風分離器內(nèi)煙氣流動路徑長，擾動幅度明顯，還原劑與煙氣可在此作用下迅速混合，還原劑可長時間停留于反應區(qū)中，脫硫效率更高[3]。

2.2 SCR

在CFB鍋爐脫硝處理中，利用SCR技術可實現(xiàn)80%以上的脫硝率。現(xiàn)今，該技術主要用于電除塵器前。CFB鍋爐中，使用高灰煤的情況下，由于飛灰的磨損性，加之其中有害物質(zhì)的影響極易導致催化劑中毒，使得脫硝效率降低。SO3與逃逸氨進行反應，生成NH4HSO4。這種物質(zhì)黏性大，極易附著于催化劑上，使得催化劑與煙氣隔絕，無法正常反應，繼而堵塞尾部空預器。針對此問題，可對催化劑壁厚與節(jié)距進行合理控制，以有效把控逃逸氨，使其滿足高灰條件下的聲波吹灰要求。

利用SNCR技術進行脫硝處理、實現(xiàn)近零排放過程中，有時僅僅利用SNCR技術無法達到最佳的近零排放效果。譬如，在NOx的質(zhì)量濃度小于200 mg/m3情況下，要實現(xiàn)排放的質(zhì)量濃度為50 mg/m3，則應用該技術的脫硝效率需要超過75%，并且還要利用“SNCR+SCR”技術的聯(lián)合方法，即：使用SNCR工藝的尿素等還原劑氨噴到分離器入口，利用SCR技術實現(xiàn)逃逸氨與催化劑的反應，達到高效的脫硝。這是以低成本的SNCR技術結合SCR技術的高效脫硝效率，相互融合，揚長避短，與CFB鍋爐脫硝分部實施相契合。首先進行SNCR工藝裝配，再進行SCR工藝裝配，使其與現(xiàn)今環(huán)保要求相匹配。對于大型CFB鍋爐，除了裝配SCNR常規(guī)裝置，還需在尾部留置“1+1”SCR催化劑空間，在未能達到環(huán)保要求時，可增加SCR裝置，需要提高催化劑活性效率時，可增加催化劑配置。

3 CFB鍋爐除塵技術

CFB鍋爐常用除塵技術為低溫電除塵技術、移動電極電除塵技術、煙氣調(diào)質(zhì)技術、新型高壓電源控制技術、粉塵凝聚技術等，除塵質(zhì)量濃度為20 mg/m3，達到重點地區(qū)環(huán)保標準要求。單純利用電袋復合除塵，很難實現(xiàn)排放的煙塵質(zhì)量濃度為5 mg/m3。對此，可基于WESP技術在除塵器上安裝噴水設施，使水霧噴向電場，利用電暈場的作用將水霧霧化，借助電荷作用將水霧凝聚，從而聚集粉塵離子，最后被水膜沖刷至灰斗排出。

4 結束語

基于不同煤種，通過不同的脫硫、脫硝、除塵工藝，降低污染物排放，是當前電力行業(yè)的重要發(fā)展議題。對二氧化硫、二氧化氮等污染氣體的分析，采用針對性脫硫、脫硝工藝。例如，針對脫硫處理，可施以“爐內(nèi)脫硫結合FGD濕法技術”；針對脫硝處理，則可采用“SNCR+SCR”技術；針對煙塵處理，則可采用濕式電除塵結合干法除塵器和濕法脫硫技術。這些技術將是現(xiàn)今乃至未來很長一段時間內(nèi)CFB鍋爐超低排放的的主流發(fā)展方向，可促進CFB鍋爐的不斷完善，推動電力行業(yè)的綠色生態(tài)化發(fā)展。