循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)研究

雷振國(guó)

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西太原030022）

發(fā)電行業(yè)是污染性較高的行業(yè)，因此必須關(guān)注發(fā)電行業(yè)的超低排放管理工作，在實(shí)際工作中應(yīng)對(duì)行業(yè)內(nèi)部設(shè)備、工藝等進(jìn)行深入了解，發(fā)現(xiàn)污染點(diǎn)及改進(jìn)的措施，在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的創(chuàng)新和改造，提升現(xiàn)有發(fā)電行業(yè)設(shè)備的環(huán)保性能。本文重點(diǎn)對(duì)發(fā)電行業(yè)中的循環(huán)流化床鍋爐超低排放工作進(jìn)行研究，希望在現(xiàn)有清潔燃燒的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改造提升循環(huán)流化床鍋爐環(huán)保性能，達(dá)到二氧化硫及氮氧化物、顆粒物等污染物的超低排放。

1 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)

實(shí)際工作中，常見(jiàn)的循環(huán)流化床鍋爐一般都是單鍋爐筒，且工作運(yùn)轉(zhuǎn)中使用的是一種自然循環(huán)的方式來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部包含爐膛和尾部煙道兩個(gè)部分，其中鍋爐的前部又包括從高溫到低溫的過(guò)熱器及預(yù)熱器、分離器等。這些豎井往往采用的都是懸吊構(gòu)架的結(jié)構(gòu)，前部與后部?jī)蓚€(gè)豎井之間是經(jīng)由旋風(fēng)性分離器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩部分間的相互連接。分離器下方部位與循環(huán)裝置等來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部的燃燒室內(nèi)部和分離器內(nèi)部都配置有澆注料內(nèi)襯，這些內(nèi)襯是具有防磨損功能的［1］。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備的前部和尾部豎井的爐墻存在很大的不同。設(shè)備前部爐墻一般都采用敷管的形式來(lái)進(jìn)行爐墻設(shè)置，但是設(shè)備尾部卻使用的是輕型設(shè)置，循環(huán)流化床鍋爐的整體重力實(shí)際都加到了鍋爐外部的8根支撐鋼管上。這類鍋爐使用的燃料往往包括煤和矸石兩種，但是不論使用哪一種燃料，鍋爐燃燒作用都是分級(jí)開(kāi)展的。最后燃燒灰渣需要經(jīng)過(guò)外置的螺旋形的冷渣器排出［2］。循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)

2 常見(jiàn)的循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)

鍋爐使用中常見(jiàn)的污染物包括氮氧化物和二氧化硫等硫化物，一旦排放到環(huán)境中會(huì)給環(huán)境造成比較嚴(yán)重的污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境及人們健康、社會(huì)的未來(lái)發(fā)展不利。因此必須重視循環(huán)流化床鍋爐中排放物的控制。通過(guò)采取一定的措施來(lái)降低排放物種當(dāng)氧化物和硫化物的排放。下面就對(duì)目前常用的兩種脫硫脫硝技術(shù)——循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)和循環(huán)流化床鍋爐脫硝技術(shù)進(jìn)行研究。

2．1 循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)

在目前我國(guó)大部分的地區(qū)發(fā)電企業(yè)當(dāng)中，循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝都主要采用的是往鍋爐內(nèi)部加入石灰石的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫。這個(gè)工程中工藝操作要求比較嚴(yán)格，過(guò)程中涉及的步驟和環(huán)節(jié)也比較復(fù)雜，實(shí)際操作中需要經(jīng)過(guò)床溫控制及對(duì)鈣硫摩爾比等操作來(lái)提升實(shí)際脫硫效率。對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果研究可以提升脫硫效率，使其脫硫效率達(dá)到百分之九十以上。這個(gè)過(guò)程中需要將二氧化硫質(zhì)量濃度控制在35mg／m3之內(nèi)。這個(gè)控制技術(shù)僅僅適用于某些區(qū)域，不是所有的區(qū)域都適合使用。因此需要進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)控制，尤其是對(duì)于一些重點(diǎn)區(qū)域而言，可通過(guò)使用進(jìn)一步的升級(jí)的二級(jí)脫硫技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些區(qū)域循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)外脫硫效率的提升。循環(huán)流化床鍋爐工藝操作過(guò)程中需要利用半干法來(lái)進(jìn)行脫硫，將循環(huán)流化床鍋爐的反應(yīng)器底部設(shè)置上風(fēng)板裝置，同時(shí)在反應(yīng)器下部的位置安裝石灰漿噴嘴和返料口等設(shè)施設(shè)備，將反應(yīng)器上部安裝設(shè)置成為稀相區(qū)。其反應(yīng)器反應(yīng)出口安裝上分離器，其中分離器中必須包含立管和回料等裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)物流的分離效率，進(jìn)而為后期脫硫效率奠定基礎(chǔ)。然后將分離物送到循環(huán)性流化床的反應(yīng)器里面，循環(huán)流化床鍋爐的煙氣可以從安裝在反應(yīng)器下部的布風(fēng)裝置中進(jìn)行傳送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化的目的［3］。

實(shí)際脫硫過(guò)程中石灰漿的傳送過(guò)程則是由反應(yīng)器內(nèi)部的兩相噴嘴反應(yīng)器傳送的，這個(gè)過(guò)程中二氧化硫和三氧化硫等物質(zhì)會(huì)與脫硫劑接觸并發(fā)生化學(xué)、物理等一系列的反應(yīng)，最后生成一定的結(jié)合產(chǎn)物混合在煙氣當(dāng)中，最后跟隨煙氣的力量自反應(yīng)器內(nèi)部通過(guò)煙囪等設(shè)施設(shè)備排放到空氣中。反應(yīng)過(guò)程中分離器中分離出的固體顆粒中硫含量雖然有所降低，但是往往也不會(huì)實(shí)現(xiàn)完全地分離，因此會(huì)被再次送入到循環(huán)流化床鍋爐反應(yīng)器內(nèi)，再次經(jīng)歷之前的每一個(gè)分離過(guò)程，如此多次地循環(huán)反復(fù)，可以增加脫硫反映發(fā)生的機(jī)會(huì)和時(shí)間，提升脫硫劑的利用率，提升鍋爐的最終脫硫效果，最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)被排除。

以上所述過(guò)程既是一個(gè)完整的脫硫工藝過(guò)程，其中最關(guān)鍵的部分就是分離過(guò)程和脫硫劑結(jié)合過(guò)程，通過(guò)分離和脫硫過(guò)程實(shí)現(xiàn)煙氣和顆粒物的分離，其中煙氣溫度達(dá)到了70－75℃，煙氣中含硫量已經(jīng)足夠低，滿足＜35mg／m3的要求，可以直接通過(guò)煙囪排放到空氣中。而剩余的固體含硫物質(zhì)則通過(guò)除塵器除塵分離排除［4］。

2．2 循環(huán)流化床鍋爐脫硝技術(shù)

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)的床溫要求是一般在850℃－950℃之間，這個(gè)溫度要求下需要通過(guò)對(duì)其他參數(shù)的調(diào)整控制來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的脫硝工藝，達(dá)到最終的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)要求的鍋爐排放氮氧化物濃度標(biāo)準(zhǔn)要求是50mg／m3以下。鑒于超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以適當(dāng)對(duì)鍋爐脫硝過(guò)程中的一些參數(shù)進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)到位可以實(shí)現(xiàn)對(duì)最終排放的氮氧化物質(zhì)量濃度的控制。但是這個(gè)過(guò)程中會(huì)涉及到用的煤的品質(zhì)是不一樣的，其中不乏一些揮發(fā)性高的煤種。如果管控不嚴(yán)格或者不到位，很容易使得在床溫較高的鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)當(dāng)?shù)趸锍瑯?biāo)排放的情況，最終使得脫硝效果不佳，不能達(dá)到脫硝超低排放要求。所以這個(gè)過(guò)程中必須重視鍋爐尾部部分中煙氣脫硫系統(tǒng)的管控設(shè)置，提升脫硝效率［5］。

循環(huán)流化床鍋爐脫硝工藝開(kāi)展時(shí)，勢(shì)必會(huì)用到催化還原技術(shù)。催化還原技術(shù)的應(yīng)用在脫硝中起到非常關(guān)鍵的作用，可以大大提升脫硝效率，一般而言可以將脫硝效率提升至80%左右。在這種技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要將這一步驟安排在電除塵器前，在循環(huán)流化床鍋爐使用的煤中揮發(fā)性較高時(shí)，會(huì)因?yàn)榛曳值哪p，使得催化劑出現(xiàn)中毒的問(wèn)題，直接的效果就是引發(fā)脫硫效率下降的現(xiàn)象。例如:三氧化硫能夠與氨結(jié)合生產(chǎn)NH4HSO4等物質(zhì)，而NH4HSO4具有黏性大的特點(diǎn)，可以附著在催化劑表面上，將催化劑與煙氣的隔離開(kāi)，影響催化劑作用的發(fā)揮，進(jìn)而使得反應(yīng)不能正常進(jìn)行，引發(fā)反應(yīng)系統(tǒng)中尾部空預(yù)器堵塞的問(wèn)題。鑒于此，必須重視重視催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的重要性，同時(shí)要采取措施對(duì)催化劑壁厚及實(shí)際操作中的的節(jié)距等進(jìn)行合理管控，同時(shí)對(duì)整個(gè)反應(yīng)中的逃逸氨量進(jìn)行控制，一方面控制逃逸量，另一方面通過(guò)控制逃逸方向等方法，來(lái)控制逃逸氨與催化劑的接觸反應(yīng)發(fā)生，保證催化劑的有效性。

實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中涉及的步驟較為復(fù)雜，首先需要對(duì)非催化還原工藝技術(shù)進(jìn)行改裝，再實(shí)施催化還原工藝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體配合工藝的搭配。同時(shí)對(duì)于規(guī)模較大的循環(huán)流化床鍋爐而言，需要在對(duì)非催化還原裝置改裝配置的同時(shí)，對(duì)尾部的催化還原工藝進(jìn)行改裝，為催化劑留出足夠的位置。由于這個(gè)過(guò)程中催化還原工藝起到了關(guān)鍵作用，因此對(duì)于組裝配合的工藝處理結(jié)果不能滿足超低排放的情況，還需要進(jìn)一步增加催化還原工藝占比，適當(dāng)增加裝置，以便提升系統(tǒng)的整體脫硝效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，發(fā)電行業(yè)作為一個(gè)污染性較重的行業(yè)，其排放物含量受到社會(huì)和人們的廣泛關(guān)注。同時(shí)國(guó)家和行業(yè)也對(duì)其做出了基本的排放要求，社會(huì)對(duì)企業(yè)保有無(wú)限的期待。循環(huán)流化床鍋爐作為電力企業(yè)行業(yè)的一個(gè)重要組成，自然也應(yīng)該遵守對(duì)應(yīng)的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。本文重點(diǎn)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了介紹，然后又對(duì)行業(yè)中常用的脫硫脫硝工藝進(jìn)行了深入研究，希望通過(guò)研究介紹給相關(guān)人員和單位提供一定的幫助，幫助提升脫硫脫硝效率。