循環(huán)流化床煙氣超低排放技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展

陳少飛

摘要：循環(huán)流化床氣化技術(shù)是一種新型粉煤氣化技術(shù)，它通過固體物料在爐內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流化進(jìn)行傳熱，然后使煤粉在高溫流化態(tài)中發(fā)生氣化反應(yīng)，在反應(yīng)完成后產(chǎn)生的灰會(huì)隨著爐內(nèi)的循環(huán)流化進(jìn)入旋風(fēng)分離進(jìn)入后系統(tǒng)，最終進(jìn)行外排處理。在此背景下，文中針對CFB鍋爐煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行研究，提供可行方案供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;煙氣脫硫;技術(shù)應(yīng)用

循環(huán)流化床鍋爐源自20世紀(jì)70年代發(fā)展出來的新技術(shù)，其發(fā)展動(dòng)力是人類社會(huì)對生態(tài)保護(hù)的高度重視。循環(huán)流化床技術(shù)屬于一種清潔燃燒工藝，大幅度降低了作為全球主要?dú)怏w污染物的SO2（二氧化硫）與NOX排放量，即從根源上緩解了酸雨的產(chǎn)生。而且，循環(huán)流化床鍋爐還具備燃料適應(yīng)性大、負(fù)荷調(diào)整性好、投資與運(yùn)行費(fèi)用相對偏低等優(yōu)勢，所以該技術(shù)在全球得到了普遍運(yùn)用。

1煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，SO2排放雖然得到有所控制，較之前有所下降，但2015年排放總量依然達(dá)到了1859.1萬t，其中在排放總量中顯示，工業(yè)源的排放占據(jù)很大比重，達(dá)到83.7%;工業(yè)源中包含了金屬和非金屬加工業(yè)、石油行業(yè)、電力行業(yè)等，在工業(yè)源排放的SO2中，工業(yè)源排放SO2之所以占比很高，是因?yàn)殡娏π袠I(yè)是煤耗大戶，數(shù)據(jù)顯示，僅電力行業(yè)排放的SO2占工業(yè)源總排放量的36%。

以燃燒階段為基礎(chǔ)，對SO2控制進(jìn)行劃分可以分為三個(gè)階段：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫。近年來，煙氣脫硫（FGD）作為燃燒后脫硫技術(shù)在世界各發(fā)達(dá)國家取得了顯著成效，因此成為整個(gè)脫硫市場應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的脫硫技術(shù)。通常煙氣脫硫技術(shù)可以劃分為：濕法脫硫技術(shù)、半干法脫硫技術(shù)和干法脫硫技術(shù)，脫硫產(chǎn)物和所使用的脫硫劑狀態(tài)的不一樣，是區(qū)分煙氣脫硫方法的依據(jù)。濕法脫硫技術(shù)以85%的市場占有率成為世界各國應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)，其中，以美國、日本、德國占比最高，濕法脫硫技術(shù)在三個(gè)國家的市場占有率分別達(dá)到92%、98%、90。脫硫劑和脫硫產(chǎn)物以一種濕的狀態(tài)存在，簡稱為濕法脫硫，反之，簡稱為干法脫硫。在脫硫市場中應(yīng)用較多的濕法脫硫技術(shù)有：石灰石-石膏法、海水法、氨法、鈉堿法等;干法脫硫技術(shù)中研究較多的有活性炭法、電子束法等脫硫技術(shù);半干法脫硫技術(shù)是處于濕法和干法之間的一種脫硫技術(shù)，典型的半干法脫硫技術(shù)主要有噴霧干燥脫硫技術(shù)、循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。截至2014年，對國內(nèi)的脫硫技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)顯示：石灰石石膏法煙氣脫硫技術(shù)以92%的市場占有率成為濕法脫硫技術(shù)占有率最高的脫硫方法。海水法脫硫以其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了3%的市場份額。氨法脫硫技術(shù)和循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)占據(jù)了市場相同份額，分別占據(jù)了2%，其他的脫硫方法占比1%。

2CFB鍋爐脫硝技能剖析

2.1傳統(tǒng)噴淋空塔濕法煙氣脫硫工藝

國內(nèi)外電廠大多采用此工藝進(jìn)行煙氣脫硫，通?？蛇_(dá)到98%以上的脫硫效率，但吸收塔出口SO2排放濃度大多超出50mg/m3。根據(jù)某企業(yè)2×300MW循環(huán)流化床機(jī)組燃煤含硫量，設(shè)置3層噴淋層，理論上吸收塔脫硫效率可達(dá)到97.8%以上，但要使吸收塔出口SO2排放濃度長期、穩(wěn)定保持在35mg/m3以下，會(huì)有一定風(fēng)險(xiǎn)，所以，需要采取提效措施，如增設(shè)一座預(yù)吸收塔，與原吸收塔串聯(lián)運(yùn)行，脫硫效率可到達(dá)98%甚至更高。

2.2FGDplus工藝

FGDplus工藝是AEE企業(yè)為高硫份煤和超低二氧化硫排放研制的一種新型的脫硫工藝。此工藝依據(jù)“導(dǎo)向傳質(zhì)”機(jī)理，優(yōu)化現(xiàn)行的空塔噴淋層工藝，以降低氣液傳質(zhì)阻力與能量耗損，提升脫硫率，達(dá)到二氧化硫的超低排放，該工藝在德國Niederaussem電廠創(chuàng)建了一個(gè)示范設(shè)備，治理氣體量3000m3/h，運(yùn)行2a，脫硫率高達(dá)99.8%。當(dāng)前，該工藝已在我國太原第二熱電廠應(yīng)用。

2.3雙循環(huán)工藝

雙循環(huán)工藝屬于一種濕法脫硫方式。該工藝經(jīng)兩級漿液循環(huán)，對二氧化硫?qū)嵤﹥纱沃卫?，兩級循環(huán)過程都設(shè)置了單獨(dú)的循環(huán)漿池、噴淋層，每級循環(huán)都有不同的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。氣體首先通過一級循環(huán)，該級循環(huán)的基本功能是確保良好的CaSO3氧化效果與足夠的石膏硬化時(shí)間，脫硫效率在30%～70%;之后氣體進(jìn)入二級循環(huán)，該循環(huán)負(fù)責(zé)完成SO2的吸收，使SO2達(dá)標(biāo)排放。

2.4雙托盤脫硫工藝

該工藝是在噴淋空塔的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的，核心是增強(qiáng)氣流均質(zhì)、氣液結(jié)合、提升石灰石的分解量。該工藝在以往的噴淋空塔結(jié)構(gòu)上，加設(shè)兩層托盤，托盤形成的阻力令煙氣流量均勻的布置在噴淋塔截面上，同時(shí)使脫硫漿液在托盤上形成一層液膜，讓漿液和氣體得到完全接觸，避免噴淋塔內(nèi)出現(xiàn)煙氣走廊現(xiàn)象，該工藝的脫硫效率較單純的噴淋空塔高，通常脫硫效率可達(dá)到98%以上。

2.5湍流子脫硫工藝

湍流塔是在噴淋空塔的基礎(chǔ)上增加一套由若干個(gè)湍流單元組成的旋匯耦合設(shè)備。該工藝依靠多相紊流混合的強(qiáng)傳質(zhì)原理，通過特殊的旋匯耦合設(shè)備，形成氣液旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的湍流環(huán)境，氣液固三相完全接觸，大幅度下降了氣液膜傳質(zhì)阻礙，極大提升了傳質(zhì)效率，快速實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)過程，進(jìn)而達(dá)到提升脫硫率的目的。

2.6CFB鍋爐低氮焚燒技能

CFB鍋爐發(fā)作的燃料型NOx生成機(jī)理非常復(fù)雜，操控燃料型NOx生成最有用的措施是分級送風(fēng)焚燒，在復(fù)原氣氛中氮焚燒的中間產(chǎn)物較少被氧化成NO，從而按捺了NOx的生成。鍋爐規(guī)劃結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)辦法對NOx排放的影響較為顯著，國內(nèi)投產(chǎn)的CFB鍋爐為下降運(yùn)轉(zhuǎn)本錢一般不設(shè)置外置床，調(diào)理手法有限，部分電廠為了下降飛灰底渣含碳量，更是人為選擇了較高的密相區(qū)溫度，這就使得CFB鍋爐的低NOX焚燒特性發(fā)揮遭到了約束。

結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐規(guī)劃、運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀，選用適宜的技能手法對鍋爐布風(fēng)均勻性、分離器功率、級配送風(fēng)等方面進(jìn)行優(yōu)化，完成爐內(nèi)低氮焚燒，可顯著下降NOx原始排放濃度。

低氮焚燒技能首要是經(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)辦法的改善或?qū)Ψ贌M(jìn)程進(jìn)行特別操控，一方面按捺燃料生產(chǎn)NOx，另一方面將已生成的NOx復(fù)原，最終下降NOx排放量。首要辦法包括：（1）低氧焚燒。經(jīng)過下降過量空氣系數(shù)，以利于復(fù)原性氣氛的形成，削減NOx的生成。（2）強(qiáng)化分級配風(fēng)。例如，經(jīng)過二次風(fēng)口改造，或者調(diào)整一、二次風(fēng)比例，可以減輕污染物的排放。（3）提高分離器功率。首要經(jīng)過分離器進(jìn)口煙道改造、中心筒提效改造等，進(jìn)步旋風(fēng)分離器的分離功率。（4）煙氣再循環(huán)。將鍋爐尾部的低溫?zé)煔獾囊徊糠纸?jīng)過再循環(huán)風(fēng)機(jī)送入爐膛，然后改動(dòng)鍋爐熱量分配，下降部分焚燒溫度，調(diào)理反響氣氛。

結(jié)論

影響循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行效率因素較多，因此要針對易磨損部位及磨損機(jī)理，采取一系列技術(shù)措施，降低磨損以提高運(yùn)行周期;根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)，優(yōu)化點(diǎn)停爐方案、合理控制工況負(fù)荷、確定最佳入爐煤品質(zhì)，采取一系列合理的運(yùn)行調(diào)控措施，最大限度提高運(yùn)行效率。

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