循環(huán)流化床鍋爐SO2超低排放技術(shù)與優(yōu)化

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0 引 言

循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed, CFB)鍋爐作為燃煤發(fā)電的主要設(shè)備之一，需努力提升SO2脫除效率以達(dá)到超低排放的要求。CFB鍋爐不同于常規(guī)煤粉鍋爐的主要特點(diǎn)是其能夠添加石灰石進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，這一方式具有實(shí)施設(shè)備簡單、成本低廉等優(yōu)勢。但目前CFB鍋爐的主要問題是脫硫效率不夠高、石灰石利用率較低。實(shí)際CFB鍋爐中，Ca/S摩爾比達(dá)到2.0時(shí)脫硫效率約90%，這一般無法滿足超低排放的要求。

目前CFB鍋爐開始尋求采用尾部煙氣脫硫的方式降低SO2排放濃度，這在當(dāng)前CFB爐內(nèi)脫硫效率不夠高的現(xiàn)狀下是可行的，但長遠(yuǎn)來看，仍然有必要尋找提高CFB鍋內(nèi)石灰石脫硫效率的方法，以充分發(fā)揮爐內(nèi)脫硫的低成本優(yōu)勢。因此，文中介紹了提高CFB爐內(nèi)脫硫效率的方法，并介紹了CFB爐內(nèi)與爐外脫硫相結(jié)合兩級脫硫技術(shù)的研究現(xiàn)狀，以期為CFB的脫硫運(yùn)行提供指導(dǎo)。

1 提高CFB爐內(nèi)脫硫效率的方法

1.1 采用高活性石灰石

石灰石活性是影響其脫硫效率的關(guān)鍵因素，不同類型的石灰石，由于其煅燒產(chǎn)物CaO的孔隙結(jié)構(gòu)存在很大差異其硫化效果不同。具有良好脫硫效果的石灰石，其煅燒產(chǎn)生的CaO具有較高的抗燒結(jié)能力，其孔隙呈開放狀態(tài)，孔隙率大、比表面積適中、孔徑分布合理，能夠有效延緩CaSO4引起的孔口堵塞，避免硫化反應(yīng)過早結(jié)束。因此，應(yīng)用中應(yīng)該注意對石灰石的篩選，采用熱天平等設(shè)備對比不同石灰石的硫化反應(yīng)效果，選擇高活性石灰石。

1.2 優(yōu)化石灰石粒徑分布

石灰石粒徑是影響其脫硫效果的另一關(guān)鍵因素，太粗或太細(xì)的石灰石均不利于爐內(nèi)脫硫[1]。目前許多CFB機(jī)組的石灰石制粉系統(tǒng)因疏于管理而運(yùn)行異常，生產(chǎn)的石灰石粉粒徑分布不合理，極大的影響了其脫硫效果。因此運(yùn)行中應(yīng)定期測量石灰石粉的粒徑分布，進(jìn)行制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)，保證其運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)下。

1.3 優(yōu)化爐內(nèi)脫硫運(yùn)行溫度

爐膛溫度明顯影響CFB的脫硫，一般運(yùn)行中存在一個(gè)最佳脫硫溫度，但該溫度受爐型、煤種、石灰石特性、鍋爐配風(fēng)等多種因素影響。針對固定的鍋爐，最好能夠在煤種、石灰石、運(yùn)行方式等發(fā)生變化后重新尋找脫硫最佳溫度。但確定爐膛溫度還應(yīng)考慮爐內(nèi)的燃燒狀況，不能僅從脫硫角度考量，當(dāng)脫硫與燃燒的最佳溫度不匹配時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化分析，確定能使機(jī)組綜合效益最佳的溫度點(diǎn)。

1.4 優(yōu)化鍋爐配風(fēng)

CFB的配風(fēng)方式也會影響其脫硫效果。例如楊振森等人[2]的研究發(fā)現(xiàn)下二次風(fēng)與SO2排放量呈現(xiàn)如圖1所示的關(guān)系，分析發(fā)現(xiàn)下二次風(fēng)量增加能夠降低床溫，而床溫降低間接提高了脫硫效果。

圖1 配風(fēng)方式對SO2排放的影響

配風(fēng)方式通過影響爐內(nèi)密相區(qū)、稀相區(qū)氧濃度和溫度等方式，間接影響石灰石脫硫，運(yùn)行中要注意優(yōu)化上下二次風(fēng)調(diào)配，在提高燃燒效率的同時(shí)兼顧脫硫效果的改善。

2 CFB鍋爐兩級脫硫方式與優(yōu)化

2.1 滿足超低排放的CFB脫硫技術(shù)路線

由于當(dāng)前對CFB鍋爐單純依靠爐內(nèi)脫硫很難達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，CFB機(jī)組開始加裝煙氣脫硫裝置，或通過爐內(nèi)石灰石脫硫+煙氣脫硫這種兩級組合脫硫方式以進(jìn)一步降低排放濃度。

目前已經(jīng)提出的兩級脫硫方式包括“爐內(nèi)脫硫+煙氣濕法脫硫(wet flue gas desulfurization, WFGD)”、“爐內(nèi)脫硫+煙氣半干法脫硫”、“爐內(nèi)脫硫+煙氣干法脫硫”等。WFGD具有極高的脫硫效率，在煤粉鍋爐上應(yīng)用廣泛，因此采用爐內(nèi)脫硫+WFGD脫硫方式是高效、可靠的路徑，缺點(diǎn)是需要建立一整套濕法脫硫塔和附屬的廢渣、廢水處理系統(tǒng)，投資較高。

“爐內(nèi)脫硫+煙氣半干法脫硫”工藝是在CFB鍋爐后加裝噴霧干燥吸收塔，將石灰石漿以霧化形式噴入吸收塔內(nèi)，吸收SO2的同時(shí)，漿液的水分蒸發(fā)，形成固態(tài)顆粒，并被氣候的除塵系統(tǒng)分離。

CFB的煙塵中含有大量未反應(yīng)CaO，而“爐內(nèi)脫硫+尾部增濕活化脫硫”工藝正是充分利用該部分CaO提高脫硫效率的方式，系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 爐內(nèi)脫硫+尾部增濕活化工藝

在CFB后增設(shè)活化吸收塔，在塔頂噴入霧化水，煙氣中的CaO與水結(jié)合形成Ca(OH)2，然后吸收SO2，這一方式具有高效、投資成本低、沒有廢水等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)爐內(nèi)脫硫效率和最終煙氣排放濃度要求，可以采用飛灰排放和在吸收塔內(nèi)再循環(huán)兩種方式，后者能進(jìn)一步提高石灰石利用率。

2.2 CFB鍋爐兩級脫硫系統(tǒng)優(yōu)化

爐內(nèi)脫硫的效率與煙氣二次脫硫效率的有機(jī)匹配能夠降低二者的綜合脫硫成本，因此尋找兩級脫硫的最佳建設(shè)和運(yùn)行策略是進(jìn)行兩級脫硫?qū)嵤┣皯?yīng)該進(jìn)行的工作[3]。在排放達(dá)標(biāo)的前提下，采用怎樣的二次脫硫工藝、爐內(nèi)/煙氣脫硫效率分別達(dá)到多高時(shí)系統(tǒng)綜合成本最低，需要經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算和方案比對后才能確定，并且運(yùn)行中組合脫硫的運(yùn)行策略還需要根據(jù)實(shí)際燃煤硫含量、石灰石價(jià)格等因素進(jìn)行確定。

3 結(jié)束語

CFB爐內(nèi)脫硫具有低成本優(yōu)勢，可以通過石灰石活性、粒徑、運(yùn)行溫度、配風(fēng)方式的優(yōu)化能繼續(xù)提高脫硫效率。采用爐內(nèi)脫硫與煙氣的濕法脫硫、半干法、干法脫硫等相結(jié)合，以進(jìn)一步降低SO2排放濃度，同時(shí)注意組合脫硫建設(shè)和運(yùn)行策略額優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)低成本CFB超低排放的可行之路。