循環(huán)流化床鍋爐環(huán)保特性的認識與分析

劉利民

(陽煤壽陽化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400)

引 言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的使用滿足了當(dāng)前社會的環(huán)保需求，具有高效、清潔燃燒以及調(diào)節(jié)性能良好等特性，屬于我國清潔燃燒領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。隨著循環(huán)流化床鍋爐投入數(shù)量的不斷增多，其運行期間也出現(xiàn)了很多亟待解決的問題，運行效率也低于煤粉鍋爐，運行時無法滿足燃料供應(yīng)的雜亂性。同時，鍋爐在實際運行期間會排出大量的有害物質(zhì)，無法滿足當(dāng)前國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。為了促進循環(huán)流化床的持續(xù)發(fā)展，相關(guān)部門應(yīng)深入探究，尋找更多的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，為增強鍋爐的環(huán)保特性作出正確客觀的評價。

1 燃煤分類與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)

正確評價循環(huán)流化床排放標(biāo)準(zhǔn)時，工作人員首先應(yīng)做好燃料特性的分類工作，以此為基準(zhǔn)判斷其是否滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 燃煤分類

無煙煤、煙煤以及褐煤等均屬于我國的動力用煤，根據(jù)煤中硫的含量，又可以進一步細分為高硫煤、中硫煤以及低硫煤。實際燃燒期間，同等級電廠的鍋爐熱輸入標(biāo)準(zhǔn)基本一致的條件下，相同的煤熱值也會產(chǎn)生較大的變化范圍。對此，工作人員評價鍋爐環(huán)保性能時應(yīng)根據(jù)煤中的折算硫分進行分析，而非單純使用用硫含量。

1.2 排放標(biāo)準(zhǔn)

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)生改變，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與西方發(fā)達國家存在較大差距，因此相關(guān)部門重新制定了更為嚴格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。通過分析各國污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)可以看出，多數(shù)國家并未明確規(guī)定鍋爐脫硫效率，脫硫效率并不唯一。對此，工作人員在評價電廠污染物排放濃度是否合格時應(yīng)以污染物排放濃度為基本評判標(biāo)準(zhǔn)。

2 循環(huán)流化床鍋爐環(huán)保特性認識

2.1 循環(huán)流化床脫硫原理

循環(huán)流化床在脫硫時主要通過高溫煅燒方法將CaCO3分解為CaO，使其與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鈣，實現(xiàn)脫硫。有機硫與黃鐵礦硫均屬于燃燒煤的組成部分，硫酸鹽中硫的含量較少。相關(guān)試驗表明，煤在加熱燃燒時，SO2呈現(xiàn)出階段性的排放特征。過剩空氣系數(shù)與床溫屬于SO2排出量的最要影響因素，隨著床溫的升高，SO2的排出量也會升高，區(qū)域氧濃度增大，會排出大量的SO2。對此，分析SO2的排出量可知，隨著燃燒溫度的升高，過剩空氣系數(shù)也會隨之增大，SO2的排出量增多[1]。

2.2 脫硫效率的影響因素

脫硫劑類型、流化速度、床溫以及鈣硫摩爾比均屬于脫硫效率的影響因素，其中影響最為明顯的為床溫與鈣硫摩爾比因素，隨著鈣硫摩爾比指數(shù)的增加，脫硫效率變大，且床溫在870 ℃左右時具備最佳的脫硫效果。當(dāng)床溫保持在860 ℃～870 ℃，鈣硫摩爾比約為1.5時，鍋爐可以達到70%的脫硫率，同樣床溫下，鈣硫摩爾比達到2.2時，鍋爐可以達到85%以上的脫硫效果。

2.2.1 鈣硫摩爾比對SO2排放量的影響

SO2排放量主要的影響因素便是鈣硫摩爾比，當(dāng)燃料中不存在石灰石時，灰渣中會存在約30%的殘留燃料硫，剩余70%以氣體形式存在。此時燃煤中無機硫的析出量決定于SO2的排放濃度以及燃煤本身的脫硫性能。研究工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐的實際運行情況可以看出，隨著石灰石含量的增加，鍋爐的脫硫效率也不斷提高，當(dāng)鈣硫摩爾比小于2.5時，隨著摩爾比的增大，脫硫效率會提高較快[2]。而鈣硫摩爾比再次增加時，脫硫效率增加速度會放緩。且當(dāng)鈣硫摩爾比過高時，還會出現(xiàn)物理熱損失以及一氧化氮排放量增大等問題。相關(guān)工業(yè)實踐可以證實，為了獲得理想的脫硫效率，流化床鍋爐的鈣硫摩爾比應(yīng)在1.82～2.0。

2.2.2 鈣硫摩爾比對成本的影響

在一定范圍內(nèi)，隨著鈣硫摩爾比的增加，鍋爐的脫硫效率也會明顯提高，且摩爾比的增加會影響最終的運行成本。一是隨著鈣硫摩爾比的增大，石灰石系統(tǒng)容量也隨之增加，工程項目投資成本增大；二是隨著鈣硫摩爾比的增加，石灰石使用量也會明顯變大，增大了運行成本。

2.2.3 石灰石品質(zhì)對SO2排放量的影響

石灰石品質(zhì)也會影響SO2的排放量，且不同種類的石灰石會產(chǎn)生不同反應(yīng)，具備不同孔隙特點及晶體結(jié)構(gòu)的CaCO3，影響了實際的脫硫效果。對此，在鍋爐運行期間，工作人員應(yīng)有效測定石灰石的反應(yīng)率，準(zhǔn)確計算鈣硫比，且除了化學(xué)性能外，工作人員在選擇脫硫劑時應(yīng)充分考慮反應(yīng)率指標(biāo)。

2.2.4 煤質(zhì)特性對SO2排放影響

燃煤含硫量會直接影響SO2的排放量，因此鍋爐應(yīng)使用低硫煤，在確定煤種后，利用提升脫硫率的方法降低SO2的含量。鍋爐機組正常運行時，工作人員為了確保SO2排放指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)性，應(yīng)有效調(diào)節(jié)脫硫劑的使用量。

2.2.5 石灰石投入濃度對SO2排放量的影響

在一次反應(yīng)下，脫硫劑粒度越小，越具備較好的脫硫效果。一方面，當(dāng)脫硫劑粒度較小時，其對氮氧化物的刺激小，可以升高脫硫溫度，從而促使燃燒完全，提高脫硫效率。另一方面，為了增大反應(yīng)面積，工作人員可以減小石灰石顆粒的尺寸，并適當(dāng)增加其表面積。循環(huán)流化床一般采用粒徑在0 mm～2 mm的石灰石。但脫硫劑粒度應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，并非越小越好，當(dāng)粒度過小時，無法有效參與燃燒反應(yīng)，降低了脫硫劑的利用率[3]。

2.2.6 床溫對SO2排放量的影響

床溫可以影響脫硫劑的反應(yīng)速度與孔隙特征，進而對脫硫效率產(chǎn)生影響。實驗表明，當(dāng)燃燒溫度小于800 ℃時，脫硫反應(yīng)速率較低，脫硫劑無法得到充分使用。而當(dāng)床溫超過950 ℃時，燃燒溫度過高會增大反應(yīng)速率，但會降低脫硫效率，主要因為化學(xué)生成物中出現(xiàn)CaSO4，其在高溫下分解，產(chǎn)物包括SO2。受脫硫劑的粒徑、煅燒溫度以及脫硫劑品種等因素的影響，實踐表明，其最佳的反應(yīng)溫度在850 ℃～900 ℃。

由此看出，循環(huán)流化床在技術(shù)方面可以有效控制SO2的排放量，實現(xiàn)環(huán)保性，更多因素會影響投入成本與企業(yè)的經(jīng)濟性。

3 結(jié)語

本文深入分析了循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保特性，并進行了針對性評價。一是燃料具備不同的燃燒特性，鍋爐脫硫效率保持在70%～95%，且符合排放指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，則可以證明鍋爐為環(huán)保類型。二是循環(huán)流化床符合NO的排放需求，無需增加額外的煙氣脫硝設(shè)備。三是循環(huán)流化床技術(shù)可以使用不同種類的燃料，且長期使用后，SO2以及氮氧化物的排放符合基本標(biāo)準(zhǔn)。四是循環(huán)流化床使用了高效清潔技術(shù)，調(diào)節(jié)性能良好，且燃料具備較廣的適應(yīng)性，可以使用低熱值以及高硫的劣質(zhì)燃料，競爭力較強，值得大力推廣使用。