循環(huán)流化床燃燒低污染排放技術(shù)研究展望

柯?，| ，蔣苓 ，呂俊復(fù) ，岳光溪

（1.清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系，北京 100084；2.熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

一、前言

2019年，我國(guó)一次能源消費(fèi)總量約為3.97× 109tce，煤炭消費(fèi)占比達(dá)68.6%，遠(yuǎn)超同期全球煤炭消費(fèi)比重（27%） [1,2]。盡管在“雙碳”目標(biāo)壓力下必須控制煤炭等化石能源消耗，但出于能源安全、調(diào)峰等角度考慮，仍需保有一定的火力發(fā)電機(jī)組及供熱機(jī)組。因此，煤炭資源的清潔開發(fā)利用是我國(guó)能源行業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)與長(zhǎng)期研究熱點(diǎn) [3]。在各類潔凈煤技術(shù)中，循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)因其燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、燃料適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，逐步發(fā)展成為主流的燃煤發(fā)電技術(shù)。我國(guó)自20世紀(jì)80年代從國(guó)外引進(jìn)小型中壓CFB鍋爐技術(shù)開始，經(jīng)過持續(xù)努力，在CFB燃燒技術(shù)方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步。2009年，世界首臺(tái)600 MW超臨界CFB鍋爐在國(guó)電四川電力股份有限公司白馬電廠成功投運(yùn)；近年來百兆瓦級(jí)CFB鍋爐機(jī)組投產(chǎn)容量增長(zhǎng)約為6 GW/a，未來仍有寬闊的市場(chǎng)空間[4,5]。

CFB鍋爐的突出優(yōu)勢(shì)在于以較低成本實(shí)現(xiàn)污染物排放控制 [6,7]。在燃燒過程中，向爐內(nèi)添加合適粒度的石灰石顆粒來引發(fā)固硫反應(yīng)，可脫出煙氣中的絕大部分SO2。對(duì)于NOx排放，CFB鍋爐與煤粉爐相比，因燃燒溫度適中且爐內(nèi)溫度分布均勻、燃燒區(qū)還原性氣氛明顯、存有大量還原性物料，具有低NOx排放的天然優(yōu)勢(shì)。大量運(yùn)行實(shí)踐表明，在床溫設(shè)計(jì)合理、氧量調(diào)節(jié)得當(dāng)、鈣硫比適中的條件下，CFB鍋爐的爐內(nèi)脫硫效率通常為85%～95%，NOx原始排放可控制在200 mg/m3以內(nèi)，能夠滿足大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的污染物排放要求。

也要注意到，隨著生態(tài)文明建設(shè)得到更多重視，特別是CO2減排形勢(shì)嚴(yán)峻，近年來對(duì)傳統(tǒng)化石能源的利用收緊且逐步朝著精細(xì)化方向發(fā)展。在我國(guó)，淘汰落后產(chǎn)能、推進(jìn)煤電機(jī)組綜合節(jié)能改造的步伐不斷加快，燃煤大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格；2013年興起的超低排放標(biāo)準(zhǔn)（NOx＜50 mg/Nm3、SO2＜35 mg/Nm3、煙塵＜10 mg/Nm3）已成為新增發(fā)電項(xiàng)目核準(zhǔn)、現(xiàn)有火電廠繼續(xù)運(yùn)行的“通行卡”。以盡可能低的成本來降低各種污染物的排放水平，成為驅(qū)動(dòng)CFB燃燒技術(shù)未來發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>

本文對(duì)主流CFB鍋爐污染物排放控制技術(shù)進(jìn)行梳理，重點(diǎn)分析新形勢(shì)下CFB燃燒技術(shù)需求及相應(yīng)的污染物排放問題，就CFB技術(shù)應(yīng)用方向進(jìn)行探討，提出相關(guān)發(fā)展建議。

二、CFB燃燒低污染排放技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）低氮燃燒和爐內(nèi)脫硫

面對(duì)極為嚴(yán)格的超低排放要求，傳統(tǒng)的低氮燃燒、爐內(nèi)脫硫技術(shù)面臨挑戰(zhàn)。燃用高硫煤時(shí)僅靠爐內(nèi)脫硫難以保證SO2達(dá)標(biāo)排放；當(dāng)設(shè)計(jì)偏差導(dǎo)致床溫過高、一次風(fēng)比例過大或燃用高揮發(fā)分褐煤時(shí)，NOx原始排放可能遠(yuǎn)超限值。此外，低氮燃燒和爐內(nèi)脫硫之間存在一定矛盾，前者重在降低燃燒中氧量并盡量強(qiáng)化還原性氣氛，后者則需要盡可能在氧化性條件下進(jìn)行。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，向CFB鍋爐內(nèi)投放石灰石會(huì)造成NOx排放升高，特別是燃用高揮發(fā)分煤種 [8,9]。

強(qiáng)化低氮燃燒，優(yōu)化爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝，從源頭上同步降低爐膛出口處NOx、SO2排放濃度，仍是當(dāng)前研究和工程實(shí)踐中的首選減排方案。例如，某超超臨界CFB鍋爐完全依靠爐內(nèi)石灰石脫硫?qū)崿F(xiàn)了SO2達(dá)標(biāo)排放，無任何尾部煙氣脫硫措施 [10]，這對(duì)爐內(nèi)脫硫效率提出高要求。已有研究 [11～13]表明，通過流態(tài)重構(gòu)、燃燒組織并配合采用超細(xì)石灰石，有可能實(shí)現(xiàn)NOx、SO2原始雙超低排放。這將明顯提高CFB鍋爐在低成本污染控制方面的競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）煙氣再循環(huán)

引入煙氣再循環(huán)（FGR）系統(tǒng)后，利用尾部煙氣低溫低氧的特點(diǎn)，可在一定程度上降低爐膛底部燃燒區(qū)的溫度、強(qiáng)化還原性氣氛，從而有效抑制NOx的原始生成。更重要的是，這種做法改善了CFB鍋爐在低負(fù)荷工況下的運(yùn)行性能，拓寬了深度調(diào)峰能力 [14,15]。FGR系統(tǒng)已在一批工業(yè)CFB鍋爐上得到成功應(yīng)用。

需要注意的是，隨著再循環(huán)煙氣量的增加，流化風(fēng)速增大，爐內(nèi)設(shè)備的磨損有所加重；由于床溫和密相區(qū)氧濃度的降低，可能導(dǎo)致未完全燃燒熱損失增加，從而降低鍋爐效率；再循環(huán)煙道、一次風(fēng)室等處的腐蝕問題也需關(guān)注，避免風(fēng)煙混合后溫度低于酸露點(diǎn)；循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行帶來的額外電耗也是影響因素。為此，應(yīng)綜合考慮低負(fù)荷運(yùn)行性能、低氮燃燒和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等因素，合理設(shè)計(jì)再循環(huán)煙氣量范圍。

（三）尾部煙氣污染治理技術(shù)

為確保電廠在所有工況下都能穩(wěn)定維持污染物的超低排放水平，大多數(shù)CFB鍋爐機(jī)組，尤其是大型超臨界/超超臨界鍋爐都配有尾部煙氣脫硫脫硝和除塵裝置。常見的CFB鍋爐脫硫脫硝技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 常見的循環(huán)流化床鍋爐整體脫硫脫硝和除塵技術(shù)路線

獲得推廣應(yīng)用的煙氣脫硝技術(shù)主要有：選擇性非催化還原（SNCR）、選擇性催化還原（SCR）、循環(huán)氧化吸收協(xié)同脫硝（COA）。SNCR技術(shù)因其投資和運(yùn)行成本較低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，配合爐內(nèi)低氮燃燒后基本能夠?qū)崿F(xiàn)NOx達(dá)標(biāo)排放，特別適合于存量鍋爐的技術(shù)改造。相較而言，SCR技術(shù)雖然投資成本偏高、系統(tǒng)布置比較復(fù)雜、存在催化劑中毒失效等問題，但脫硝效率高、效果穩(wěn)定，對(duì)溫度要求較低，工況適應(yīng)性更好，尤其在低負(fù)荷下也能實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx的有效脫除。COA工藝通常作為二級(jí)脫硝系統(tǒng)，搭配半干法脫硫塔等來進(jìn)行組合使用，在中小型CFB鍋爐上已有不少應(yīng)用，但關(guān)于大型燃煤電站鍋爐的報(bào)道尚不常見。

煙氣脫硫技術(shù)中，石灰石-石膏濕法脫硫工藝因其技術(shù)成熟、脫硫效率很高、脫硫效果穩(wěn)定、副產(chǎn)物石膏可以二次利用，在燃煤鍋爐煙氣脫硫市場(chǎng)中占有率最高 [16]。煙氣循環(huán)流化床半干法（CFBFGD）脫硫工藝雖然相較濕法脫硫效率略低，但占地面積小、耗水量低，無脫硫廢水和煙羽問題；可同時(shí)脫除SO3、重金屬等，可直接利用爐內(nèi)脫硫未反應(yīng)完全的CaO顆粒，適合于CFB鍋爐的超低排放技術(shù)路線 [17]。其他一些煙氣脫硫技術(shù)，如海水法、噴霧干燥法、電子束法、氨法等，雖已有部分煤粉爐、工業(yè)窯爐采用，但很少有CFB鍋爐應(yīng)用的工程案例報(bào)道。

此外，解耦燃燒、高溫低氧空氣燃燒、雙床-多床組合、多流程循環(huán)流化床等非常規(guī)CFB燃燒技術(shù)，雖然未達(dá)到工程成熟應(yīng)用的程度，但也吸引了大批學(xué)者的關(guān)注 [18,19]；已有一些實(shí)驗(yàn)室研究和小規(guī)模中試實(shí)驗(yàn)表明，這些新興技術(shù)具有原始低污染排放的潛力。

三、CFB燃燒低污染排放技術(shù)的應(yīng)用方向探討

（一）降低污染物排放治理成本

隨著超低排放要求的推行，加之未來可能面臨更加嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，大批存量CFB鍋爐，特別是中小型鍋爐需要進(jìn)行低污染排放技術(shù)改造。尾部煙氣高效脫硫脫硝和除塵技術(shù)盡管能夠保證絕大多數(shù)鍋爐穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，但明顯增加了電廠投資規(guī)模和運(yùn)行成本。如某燃用褐煤的大型CFB鍋爐電廠，NOx原始排放高達(dá)350～450 mg/Nm3，需要增設(shè)尾部SCR系統(tǒng)脫硝，運(yùn)行費(fèi)用約1000萬元/年。這與CFB鍋爐低污染排放控制的優(yōu)勢(shì)相悖，不利于電廠的可持續(xù)發(fā)展。因此，有必要探索適應(yīng)性良好的CFB鍋爐工程減排技術(shù)，盡可能以低的成本進(jìn)行存量鍋爐超低排放改造；同時(shí)尋求CFB燃燒技術(shù)的原理突破，開發(fā)新型低成本污染物控制技術(shù)。

（二）脫硫灰渣利用

長(zhǎng)期以來，燃煤電廠灰渣采用簡(jiǎn)單的堆放或填埋處理，占用了大量土地資源，增加了電廠運(yùn)行費(fèi)用和發(fā)電成本（土地征用費(fèi)、填埋費(fèi)等）。廢渣含有的堿土金屬、少量重金屬物質(zhì)等，對(duì)土壤、水體也有不同程度的污染，可能帶來一系列環(huán)境和社會(huì)問題?；以写罅坑行С煞侄吹玫匠浞只厥绽茫斐少Y源的潛在浪費(fèi)。隨著能源消費(fèi)量、燃煤發(fā)電機(jī)組數(shù)量的增加，處理持續(xù)增多的固體廢棄物已成為電力行業(yè)必須考慮的迫切問題。

隨著SO2氣體排放受控力度的不斷加大，越來越多的CFB鍋爐通過向爐內(nèi)噴入石灰石等鈣基脫硫劑來脫除部分SO2，同時(shí)大量投運(yùn)CFB半干法、石灰石-石膏濕法等尾部煙氣脫硫系統(tǒng)。爐內(nèi)脫硫、尾部干法或濕法脫硫，都會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫灰副產(chǎn)物。鈣基脫硫劑的使用不僅使灰渣量增加，在理化性質(zhì)上也與普通煤粉爐灰渣表現(xiàn)出明顯不同，這就導(dǎo)致很多適用于煤粉爐粉煤灰的技術(shù)路線可能不再適用于脫硫灰渣處理。例如，受限于燒失量、粒度、化學(xué)組成，CFB鍋爐脫硫灰渣直接用于生產(chǎn)水泥制品、回填材料、混凝土等均受到限制 [20]。

（三）N2O排放問題

CFB燃燒具有低NOx排放優(yōu)勢(shì)，然而在很多工況下的N2O排放濃度較高，有時(shí)甚至高達(dá)數(shù)百毫克/立方米，超過了NO排放濃度 [21]。盡管N2O對(duì)人體健康和環(huán)境的危害尚不及NOx、SO2，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）、《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》等也未將之列入大氣污染源予以控制，但作為主要的溫室氣體之一，相關(guān)排放問題在全球氣候變化的大背景下日益受到關(guān)注。

CFB燃燒條件下的N2O排放特性在很多方面的表現(xiàn)與NOx相反。例如，在高溫條件下N2O分解速率顯著加快，通常N2O排放隨著溫度升高而降低，這是高溫煤粉爐N2O排放濃度低于CFB鍋爐的重要原因。將N2O納入減排指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)與NOx、SO2等的同步脫除，成為CFB研究與應(yīng)用方面越來越重要的問題。

（四）新能源發(fā)展背景下的CFB深度調(diào)峰問題

盡可能地降低煤炭等化石能源在一次能源消費(fèi)中的占比，提高太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源的比例，已經(jīng)成為世界性共識(shí)。根據(jù)國(guó)際可再生能源署發(fā)布的《2020可再生能源統(tǒng)計(jì)》報(bào)告 [22]，2019年世界風(fēng)能、太陽能的新增裝機(jī)容量分別為622 GW、579 GW，同比增加10.5 %、20.3 %。

在我國(guó)，盡管“多煤少油缺氣”的能源稟賦決定了煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)性地位，但對(duì)各種新能源的支持力度從未放松。2019年我國(guó)風(fēng)能、太陽能的新增裝機(jī)容量分別為210 GW、205 GW，均位居世界第一；2008—2018年，我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率約為5.3 % [2]。在大力發(fā)展新能源的背景下，以煤炭為基礎(chǔ)的CFB燃燒及其低污染排放控制技術(shù)的發(fā)展面臨更高要求；在追求煤炭更加清潔高效利用的同時(shí)，亟需開發(fā)新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，保持CFB技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)態(tài)勢(shì)。

發(fā)展新能源的關(guān)鍵舉措之一是提升對(duì)新能源的消納和存儲(chǔ)能力，為此需要一定數(shù)量的燃煤發(fā)電機(jī)組來承擔(dān)深度調(diào)峰任務(wù)，提升能源系統(tǒng)的彈性運(yùn)行能力并確保電網(wǎng)安全性。CFB鍋爐由于采用大量固體床料，蓄熱量大、爐膛溫度分布均勻、穩(wěn)燃性能好，具有低負(fù)荷運(yùn)行的天然優(yōu)勢(shì)；但因其熱慣性大、燃燒滯后、主汽壓力響應(yīng)慢，變負(fù)荷能力略不及煤粉鍋爐 [23]。NOx、SO2等排放的污染物也會(huì)隨著CFB鍋爐負(fù)荷的升降而發(fā)生變化。以NOx為例，低負(fù)荷可能使噴氨處的煙溫偏離SNCR最佳溫度窗口，降低脫硝效率；循環(huán)物料量的減少也會(huì)使床質(zhì)量下降，爐底存在超溫的風(fēng)險(xiǎn)，使得NOx原始生成量增加。在CFB鍋爐啟停或快速變負(fù)荷的過程中，NOx、SO2排放濃度往往出現(xiàn)明顯波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可瞬時(shí)超限 [24,25]。

（五）其他污染物治理

工業(yè)生產(chǎn)、日常生活會(huì)產(chǎn)生大量廢水、廢氣、固體廢棄物（“三廢”）。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市人口快速增長(zhǎng)，“三廢”和城市垃圾制造與日俱增，如不妥善處置，將嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和居民健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)廢水排放總量接近7×1010t，城市生活垃圾清運(yùn)量超過2×108t；用于環(huán)境污染治理的投資總額約為9500億元，其中工業(yè)污染源治理投資約為680億元。

CFB燃燒具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒穩(wěn)定、低NOx和低SO2原始排放等優(yōu)勢(shì)，在工作原理上特別適合“三廢”和城市垃圾的無害化處理。在此狀態(tài)下，發(fā)電或供熱不再是鍋爐的主要任務(wù)，垃圾處理量成為衡量運(yùn)行效率的主要指標(biāo)。

四、碳達(dá)峰和碳中和背景下的新一代CFB燃燒技術(shù)

當(dāng)前，全球變暖、環(huán)境問題越發(fā)受到重視，減少CO2排放成為世界性的焦點(diǎn)問題。中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。新的宏觀形勢(shì)，要求能源系統(tǒng)及時(shí)開展顛覆性變革，也要求我國(guó)煤炭需求提前達(dá)峰。CFB燃燒技術(shù)可在節(jié)能、替代、捕集三方面同時(shí)發(fā)力，更好支持國(guó)家重大戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（一）開發(fā)超臨界/超超臨界CFB鍋爐機(jī)組，推進(jìn)中小型機(jī)組的節(jié)能減排改造

盡可能提高發(fā)電效率、減少煤耗，這是節(jié)能的主要方面之一。將低成本污染控制的CFB燃燒與高效發(fā)電的超臨界蒸汽循環(huán)結(jié)合，開發(fā)大容量、高參數(shù)的超臨界/超超臨界CFB鍋爐技術(shù)；對(duì)標(biāo)已有的百萬兆瓦等級(jí)超超臨界煤粉鍋爐（如外高橋三期1000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組），開展相應(yīng)示范工程特別是坑口電站建設(shè)仍顯必要。

由于蒸汽參數(shù)提高，爐膛尺寸放大，分離器、外置床等結(jié)構(gòu)調(diào)整，超臨界/超超臨界CFB鍋爐的物料平衡、爐內(nèi)燃燒、污染物排放特性，與小容量CFB鍋爐相比有著明顯區(qū)別；特別是大容量CFB鍋爐普遍面臨的爐膛均勻性問題，可能會(huì)成為限制SO2、NOx等污染物原始低排放的主要因素。

以新技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的CFB鍋爐機(jī)組進(jìn)行全面節(jié)能減排和靈活性改造以實(shí)現(xiàn)存量?jī)?yōu)化，必要時(shí)做到有序退出，也是節(jié)能的重要方面。值得注意的是，小容量鍋爐在靈活性方面可能優(yōu)于大鍋爐機(jī)組，加之我國(guó)大多數(shù)大型燃煤電站常處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此在同等輸出功率下高負(fù)荷運(yùn)行的小型亞臨界CFB鍋爐的經(jīng)濟(jì)性往往更優(yōu)。從能源安全角度考慮，保留一定數(shù)量的分布式小機(jī)組也是必要的。

（二）發(fā)展生物質(zhì)CFB燃燒技術(shù)，合理分配煤炭資源

從宏觀上看，生物質(zhì)燃料可視為CO2零排放，屬于環(huán)境友好型的可再生能源，將是化石能源退出后的主要替代燃料之一。與之相應(yīng)的生物質(zhì)CFB燃燒或氣化技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。然而，“替代”對(duì)煤炭而言不是完全取代，短期內(nèi)在我國(guó)尚不現(xiàn)實(shí)；另一層含義是對(duì)煤炭資源合理分配，做到物盡其用。如圖2所示，對(duì)于低灰低硫的優(yōu)質(zhì)煤種，可用作煉焦、煤化工等，或用于高效煤粉鍋爐；對(duì)其他劣質(zhì)燃料（如高硫無煙煤），煤炭開采和加工過程中產(chǎn)生的大量煤矸石、煤泥、洗中煤等低熱值副產(chǎn)物，CFB燃燒技術(shù)是規(guī)?；玫膬?yōu)選方式。這種處理方式，既可滿足能源需求，又將避免劣質(zhì)燃料資源的浪費(fèi)，還可支持保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)廣義上的節(jié)能與碳排放降低。

圖2 CFB燃燒技術(shù)處理劣質(zhì)燃料

需要指出的是，這些劣質(zhì)燃料的燃燒、成灰、污染物生成特性，與煤相比又有很大區(qū)別。若不進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)調(diào)整，有些燃料投入CFB鍋爐燃燒后的NOx、SO2原始排放濃度甚至高于常規(guī)煤種，達(dá)不到超低排放要求。為此，需要單獨(dú)研究各種劣質(zhì)燃料與CFB燃燒技術(shù)的結(jié)合特性。

（三）與碳捕集、利用與封存技術(shù)相結(jié)合

碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)是煤電實(shí)現(xiàn)碳中和的潛在有效方式。將高效低污染的CFB燃燒與CCUS技術(shù)相結(jié)合，將是我國(guó)以化石能源為主的高碳經(jīng)濟(jì)向低碳能源體系轉(zhuǎn)型的重要支撐技術(shù)，相關(guān)研究包括以下三方面。①推動(dòng)開發(fā)高效低能耗的CFB富氧燃燒技術(shù)、化學(xué)鏈燃燒技術(shù)等CCUS前端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煙氣中CO2富集，有利于后續(xù)CO2捕集封存和再利用。②通過爐內(nèi)流態(tài)重構(gòu)和燃燒調(diào)整，強(qiáng)化污染物原始低排放，輔以尾部高效脫硫脫硝和除塵系統(tǒng)，減少煙氣中的NOx、SO2、粉塵、重金屬等污染物雜質(zhì)，利于富CO2煙氣的后續(xù)利用。③基于CFB燃燒燃料適應(yīng)性廣的優(yōu)勢(shì)，在燃用生物質(zhì)、城市垃圾等的CFB鍋爐上加裝碳捕集與封存裝置，實(shí)現(xiàn)CO2零排放甚至負(fù)排放。

特別的是，對(duì)于兼具工業(yè)廢棄物處理需求、CO2利用前景的場(chǎng)合，CFB燃燒是支持綠色碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)園建設(shè)和運(yùn)行的優(yōu)選方式。例如，在石油生產(chǎn)及加工過程中產(chǎn)生的大量石油焦等副產(chǎn)物，可利用CFB鍋爐燃燒來消化；在提供熱能或電力的同時(shí)，鍋爐尾氣CO2富集后直接打入地下，利用CO2驅(qū)油來提高采收率，實(shí)現(xiàn)雙贏。

（四）提高電廠運(yùn)行靈活性，與新能源電力協(xié)調(diào)發(fā)展

需充分考慮風(fēng)能、太陽能、水能、核能、燃?xì)鈾C(jī)組、煤粉鍋爐、CFB鍋爐等各發(fā)電系統(tǒng)及用電側(cè)電力需求特點(diǎn)，在全網(wǎng)范圍內(nèi)合理安排各發(fā)電單元負(fù)荷，盡量保證機(jī)組在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，減少負(fù)荷快速變動(dòng)?？煽紤]引入大數(shù)據(jù)、人工智能等新理念、新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)智慧調(diào)度。對(duì)CFB鍋爐機(jī)組而言，了解并掌握其在低負(fù)荷、變負(fù)荷工況下的燃燒、污染物排放、水動(dòng)力等特性，為實(shí)施智能優(yōu)化控制提供良好基礎(chǔ)。

另外，可將CFB發(fā)電技術(shù)與儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)高效、安全、便捷的大規(guī)模或分布式儲(chǔ)能技術(shù)，以彌補(bǔ)CFB鍋爐在變負(fù)荷能力方面的不足，提高機(jī)組運(yùn)行靈活性、深度調(diào)峰能力，支持對(duì)新能源電力的消納，促進(jìn)“新舊”能源協(xié)調(diào)發(fā)展。

五、CFB燃燒技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用建議

（一）重點(diǎn)發(fā)展?fàn)t內(nèi)原始低排放技術(shù)

以分離器效率為代表的循環(huán)系統(tǒng)性能，與過量空氣系數(shù)、分級(jí)配風(fēng)等密切相關(guān)的爐內(nèi)氧量控制，與受熱面布置、排渣等運(yùn)行條件有關(guān)的爐膛溫度調(diào)節(jié)，入爐煤與石灰石粒徑，燃料與石灰石給入位置等因素，均對(duì)NOx原始生成量、爐內(nèi)脫硫效率構(gòu)成不同程度的影響。相關(guān)設(shè)計(jì)或運(yùn)行參數(shù)的變化，都可能影響到爐膛出口處的NOx、SO2排放水平，自然存在污染物源頭排放較低的優(yōu)化參數(shù)組合 [26]。

建議繼續(xù)重點(diǎn)發(fā)展?fàn)t內(nèi)原始低排放CFB燃燒技術(shù)，通過流態(tài)重構(gòu)、燃燒組織來突破傳統(tǒng)CFB鍋爐的NOx、SO2排放極限，實(shí)現(xiàn)CFB燃燒自身低污染排放的深度挖潛。探索燃料再燃、混燃、分級(jí)燃燒、添加催化劑等多種方式，在弱化對(duì)NOx排放影響的前提下降低N2O原始排放濃度，進(jìn)一步提高CFB鍋爐的應(yīng)用可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在追求低污染排放的同時(shí)，不宜以明顯降低CFB鍋爐熱效率為代價(jià)，否則增加能源消耗，從全局來看存在污染物排放總量無法降低的可能。因此，在發(fā)展新型污染排放控制技術(shù)的同時(shí)，仍需全面、客觀地評(píng)估新技術(shù)對(duì)鍋爐及電廠效率的影響，盡量追求節(jié)能與減排的“雙贏”。

CFB鍋爐污染物排放除了受爐內(nèi)氧量、溫度的影響之外，還與循環(huán)系統(tǒng)性能、床料流化狀態(tài)、給料粒度、風(fēng)煤混合均勻性等多種因素有關(guān)。這些因素與鍋爐效率之間也并非簡(jiǎn)單的“此消彼長(zhǎng)”式關(guān)系；在一些情況下，采用低氮燃燒、爐內(nèi)脫硫技術(shù)，可以同時(shí)滿足原始超低排放與高效燃燒的需求。因此，針對(duì)不同容量的CFB鍋爐、復(fù)雜的燃料來源，首先應(yīng)探索合適的設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)組合，在不明顯影響鍋爐效率的前提下盡可能降低污染物原始排放水平（不一定需要直接超低排放），由此降低整體治理成本；然后根據(jù)各電廠的鍋爐狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)情況，考慮各種脫硫脫硝工藝的特點(diǎn)，按照經(jīng)濟(jì)性原則來優(yōu)選下游污染物處理技術(shù)，由此滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。

（二）高效利用脫硫灰渣，拓展CFB燃燒技術(shù)在污染治理方向的應(yīng)用

推動(dòng)CFB鍋爐脫硫灰渣在堿性土壤改良、復(fù)合肥料、路基材料、石膏和燒結(jié)磚生產(chǎn)、廢水治理等方向的高效利用，兼顧資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。例如，對(duì)焙燒工藝和配方做適當(dāng)調(diào)整后，脫硫灰可作為骨料來生產(chǎn)燒結(jié)磚、陶粒等燒結(jié)品，從而替代粘土磚；利用脫硫石膏替代天然石膏，進(jìn)一步制備硫酸鈣晶須等高附加值材料；還有嘗試將脫硫灰改性后作混凝劑用于磷化廢水的治理等。

發(fā)揮CFB燃燒的燃料適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)，推廣應(yīng)用到污染物治理，如鋼廠燒結(jié)煙氣、城市污泥、含鹽廢水等，實(shí)現(xiàn)“三廢”、城市垃圾的低成本高效清潔利用。流化床料可以是惰性石英砂、煤顆粒，也可添加各類催化劑、氧化/還原劑、吸收劑、助燃劑等，從而變CFB燃煤鍋爐“污染源”為CFB反應(yīng)器“污染治理點(diǎn)”。高效、安全、環(huán)保的流化床反應(yīng)裝置，尤其是小型化、分布式設(shè)備具有迫切的現(xiàn)實(shí)需求和廣闊的市場(chǎng)前景。在開展CFB燃燒處理的同時(shí)，也需關(guān)注各類垃圾自身的燃燒和污染物排放特性，避免造成新的大氣污染，如二噁英、氯化氫、重金屬污染物等。

（三）合理制定污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)現(xiàn)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）已是世界上最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，更不必說其后推行的燃煤超低排放要求；近年來又陸續(xù)提出了“超超低排放”“近零排放”等概念，各類污染物排放空間被進(jìn)一步壓縮。嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有效推動(dòng)了煤電行業(yè)節(jié)能減排改造，促進(jìn)低污染排放技術(shù)進(jìn)步，為生態(tài)環(huán)境改善作出了顯著貢獻(xiàn)，如2016年全國(guó)煤電行業(yè)SO2、NOx、煙塵排放量分別降至1.7×106t、1.55×104t、3.5×105t [27]。

需要指出的是，在沒有出現(xiàn)技術(shù)重大突破的條件下，相關(guān)治理成本隨污染物排放限值的降低幾乎呈指數(shù)增加。從全局來看，燃煤電廠在有限的發(fā)電負(fù)荷下為了降低數(shù)毫克的排放，可能造成更大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，如尿素、石灰石等脫硫脫硝劑的生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)所伴生的問題。這種局面可能不是真正意義上的節(jié)能減排。已有研究 [27]也表明，2015年煤電行業(yè)的SO2、NOx、煙塵排放量分別僅占全國(guó)排放總量的12%、9.8%、3%，已不再是大氣污染物排放“大戶”。相比之下，熱力、鋼鐵、水泥等高耗能行業(yè)以及生活排放逐漸成為排放源頭的主要方面，而這些行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)還比較低。

因此，建議根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)展的實(shí)際情況出發(fā)，站位于全局角度，制定相關(guān)行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)，綜合解決環(huán)境污染和資源消耗問題，積極引導(dǎo)包括CFB燃燒技術(shù)在內(nèi)的能源行業(yè)健康發(fā)展。