循環(huán)流化床鍋爐的煙氣處理分析

魏賡

湖南瑞昂電力工程有限公司 湖南長沙 410000

自從中國改革開放以來，國內(nèi)經(jīng)濟種類逐漸偏向技術(shù)化，工業(yè)化。工廠主要驅(qū)動力為電力和熱力，而這兩樣能源來源于煤炭，2000年全國氮氧化物排放量為121萬萬噸，到2005年增加到191萬萬噸，年增長10%。當(dāng)前，我國以煤炭為主要能源來源現(xiàn)狀依然持續(xù)，氮氧化物排放量逐年遞增，嚴重威脅大氣環(huán)境及生物健康[1]。

1 城市循環(huán)流化床熱水鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀

燃煤工業(yè)鍋爐一般用于工業(yè)生產(chǎn)和采暖，大多數(shù)為低壓、低溫、小容量鍋爐，火床燃燒居多，熱效率較低，是主要的大氣污染源。根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準》GB13271-2014，當(dāng)前，重點地區(qū)燃煤工業(yè)鍋爐執(zhí)行：氮氧化物＜200mg/m3、SO2＜200mg/m3、煙塵＜30mg/m3特別排放限值。隨著燃煤電廠發(fā)電機組煙氣超低（即在基準氧含量6%條件下，氮氧化物、SO2及煙塵排放濃度分別不高于50、35及10（5）mg/m3）升級改造的基本結(jié)束，僅次于燃煤發(fā)電的第二大煤煙型污染源——燃煤工業(yè)鍋爐，將成為煙氣超低治理的下一個主要對象。

燃煤工業(yè)鍋爐按照出口工質(zhì)的不同，分為蒸汽及熱水鍋爐。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是20世紀70年代末發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)。在800-900℃下，燃燒穩(wěn)定[2]。加入一定粒徑的石灰石顆粒，石灰石中的碳酸鈣分解成高孔隙率的氧化鈣，進而吸收燃料燃燒生成的SO2。在此溫度范圍內(nèi)，氮氧化物的生成量較低，另外，循環(huán)流化床鍋爐對煤種適應(yīng)性強，適合燃用劣質(zhì)煤（如褐煤）。因此，近年來，CFB（循環(huán)流化床）在大中型燃煤工業(yè)鍋爐上得到越來越多的運用。

2 循環(huán)流化床鍋爐的煙氣處理分析

2.1 選擇性催化還原煙氣脫硝工藝

（1）選擇性催化還原脫硝工藝的原理。選擇性催化還原工藝是在一定的溫度范圍內(nèi)和相應(yīng)催化劑的作用下使用NH3做還原劑，有選擇性地與煙氣中的氮氧化物進行反應(yīng)，形成沒有危害的水和氮氣，從而使煙氣中氮氧化物的排放量降低的脫硝技術(shù)。

（2）選擇性催化還原脫硝工藝的優(yōu)缺點。選擇性催化還原工藝技術(shù)相對比較成熟，脫硝率可以高達90%以上，是目前世界循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝工藝的主要方式[3]。這種工藝的缺點就是運行和日常維護的成本相對比較高，從而限制了其在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用。

（3）選擇性催化還原脫硝工藝的流程。循環(huán)流化床鍋爐的爐床溫度大約在900℃，煙氣溫度在280-420℃。等鍋爐內(nèi)煙氣的溫度降至300-420℃時引出煙氣，送至脫硝反應(yīng)器，在反應(yīng)器的煙道進口處和煙道進口上的噴出的氨進行混合，或者在空氣混合器的幫助下實現(xiàn)充分混合，再經(jīng)過煙道內(nèi)的靜態(tài)混合器確保其以達到充分混合后經(jīng)煙道進入選擇性催化還原反應(yīng)器中的催化劑層，在催化劑表層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氣和水，從而除去煙氣中的氮氧化物。經(jīng)過脫硝處理后的煙氣，通過出風(fēng)煙道流回至余熱鍋爐或者流經(jīng)其他裝置設(shè)備，等煙氣溫度逐漸下降至符合排放溫度標(biāo)準后，就可以通過煙囪放入空氣中[4]。

2.2 同時降低SO2和NOX排放技術(shù)

通過前面脫硫脫硝方法的介紹，可以看出煤中燃料硫和燃料氮的反應(yīng)存在著密切的聯(lián)系，循環(huán)流化床鍋爐生成的SO2和NOx此消彼長，控制排放需要進行綜合考慮，保持排放量處于一個相對平衡且達標(biāo)的區(qū)間，具體的措施主要有：

（1）合理控制鍋爐氧含量，控制過?？諝庀禂?shù)α在1.10-1.20之間。

（2）優(yōu)化控制二次風(fēng)量，通過分配二次風(fēng)的比例，實施分段燃燒，一般將二次風(fēng)量控制在總風(fēng)量的30%-40%，實現(xiàn)爐膛內(nèi)分層分段燃燒。

（3）低溫低氧燃燒，根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐低溫燃燒的特性，結(jié)合低氧燃燒可以降低SO2和NOx生成，但會使N2O和CO增加，所以床溫控制在在800-900℃之間為宜。

（4）選擇合適的Ca/S比，通過分析和計算的方式，針對不同煤種含硫量，適宜調(diào)整脫硫劑的投放量，從而優(yōu)化排放。

2.3 灰石-石膏濕法脫硫工藝

以石灰石為脫硫吸收劑，通過向吸收塔內(nèi)噴入吸收劑漿液，使之與煙氣充分接觸、混合，對煙氣進行洗滌，煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的強制氧化空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO4·2H2O，達到脫除SO2的目的；該法由于是氣液反應(yīng)，所以脫硫效率高，可以達到95%以上。氨法脫硫工藝以氨水為吸收劑，副產(chǎn)物為可以出售的硫酸銨化肥，但該化肥是否適合用于本案例中的當(dāng)?shù)赝寥肋€有待考證，且該法所用吸收劑存在氨逃逸的問題，其運輸和儲存等方面存在較高的風(fēng)險。雙堿法脫硫工藝是利用氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，脫硫產(chǎn)物可還原成氫氧化鈉后再利用。該法技術(shù)成熟，脫硫效率可達90%以上，適用于中小型鍋爐，對本案例（116MW循環(huán)流化床熱水爐）運用業(yè)績很少。干法脫硫以循環(huán)流化床脫硫塔為核心，通過噴水降溫，使煙溫降至高于煙氣絕熱飽和溫度15℃左右，煙氣中的SO2與消化后的CaO及循環(huán)脫硫灰充分混合，進行脫硫反應(yīng)；由于大部分的CFB鍋爐均配備爐內(nèi)噴鈣脫硫系統(tǒng)，而爐內(nèi)噴鈣脫硫后的飛灰中CaO含量較高，一般在10%以上，所以當(dāng)脫硫裝置入口SO2濃度較低時，循環(huán)流化床干法可以充分利用飛灰中的CaO，進行二次脫硫[5]。

綜上所述，近年來，循環(huán)流化床鍋爐由于反應(yīng)溫度和燃燒方式，已然成為一種環(huán)保型鍋爐。在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，通過前面的分析可知循環(huán)流化床鍋爐SO2和NOx的產(chǎn)生過程和生產(chǎn)運行過程中的相互影響，對不斷完善鍋爐煙氣處理的技術(shù)方法，提高對鍋爐SO2和NOx排放濃度的有效控制有積極作用。