CFB－FGD应用于大型循环流化床锅炉二级脱硫的理论和实践

朱杰，谢百成，焦新峰

(1.东北电力设计院环境工程分公司，吉林长春130021;2.华能白山煤矸石发电有限公司，吉林白山134700)

CFB－FGD应用于大型循环流化床锅炉二级脱硫的理论和实践

朱杰1，谢百成1，焦新峰2

(1.东北电力设计院环境工程分公司，吉林长春130021;2.华能白山煤矸石发电有限公司，吉林白山134700)

对新形势下循环流化床锅炉采用两级脱硫的必要性和CFB－FGD二级脱硫的优势进行介绍，以华能白山煤矸石电厂实际运行情况为例说明其能经济地实现SO2超低排放，并分析指出CFB－FGD对燃用低硫燃料的大型循环流化床锅炉满足新形势下环保要求具有普适性，为其在我国电力行业的大规模应用提供了示范。

CFB－FGD;循环流化床锅炉;二级脱硫

1 新建CFB锅炉采用二级脱硫的必要性

1.1 现有CFB锅炉SO2排放水平

作为一种能实现劣质燃料综合利用和洁净燃烧的环保型热能动力设备［1－2］，循环流化床(CFB)锅炉在低热值煤资源综合利用方面具有巨大优势。CFB锅炉具有低温强化燃烧的特点，炉内温度远低于普通煤粉炉，约为850～900℃，这正是CaO与SO2反应的最佳温度范围。因此，通过在CFB锅炉炉内添加石灰石，可直接脱除燃料燃烧产生的SO2，国内现有的CFB锅炉基本上都是通过直接向炉内添加石灰石来控制SO2的排放。国内部分CFB锅炉采用炉内脱硫时的SO2排放详见表1。

从表1可知，在合适的Ca/S的条件下，现有CFB锅炉炉内脱硫呈现以下特点:对于中高硫燃料，炉内脱硫效率可达90%～95%，其SO2的排放浓度在350～700mg/m3之间;对于低硫燃料，炉内脱硫效率为80%～85%，其SO2的排放浓度在250～400［8］mg/m3之间。

表1 国内部分CFB锅炉SO2排放情况

1.2 新建CFB锅炉二级脱硫的必要性

根据GB 13223－2011，对于新建CFB锅炉，除了燃用低硫燃料且处于部分西南省份的少量项目、辅以很高的运行调控水平才基本满足200mg/m3的标准外，其余很难达到标准排放限值。因此，大部分新建CFB锅炉需要进一步提高脱硫效率，才能满足项目环保准入要求。

一般认为，CFB炉内脱硫的脱硫效率主要受Ca/S、石灰石粒度、循环倍率、反应温度等几方面因素影响。其中，Ca/S是影响脱硫效率和SO2排放浓度的首要因素，基本规律为Ca/S越大，则脱硫效率越高，但Ca/S增大到一定程度后脱硫效率便会接近于一个临界值便不再增长［2］。若单纯通过提高Ca/S来提高CFB锅炉脱硫效率，则Ca/S很可能需要达到3.5以上，不但造成锅炉效率的降低，还有大量未反应CaO会进入锅炉底渣，进一步增加CFB锅炉底渣综合利用的难度和电厂运行成本，这种方式并不可行。因此，从保证CFB锅炉SO2排放长期稳定达标及电厂运行的经济性等多方面考虑，我国大部分新建CFB锅炉尤其是燃用中高硫份燃料的CFB锅炉，均需考虑二级脱硫方式。

2CFB－FGD应用于CFB二级脱硫介绍

2.1 国内外应用现状

在CFB锅炉炉后增设第二级烟气脱硫系统，实现SO2的超低排放和对酸性气体的脱除，是美国EPA审查大型CFB项目的必需要求［9］。在美国电力行业，已有数台容量为250～300MW的CFB机组正处于实际运行，爱尔兰等国也有100～150MW等级机组实际应用的例子。国外CFB锅炉炉后二级脱硫系统，普遍采用烟气循环流化床半干法(CFBFGD)脱硫装置。2012年建成投运的华能白山煤矸石电厂，首次在我国电力行业大型CFB机组中实现了CFB－FGD二级脱硫的应用。

2.2 工艺流程

CFB－FGD脱硫装置主要由垂直布置的半干式反应塔和布袋除尘器共同组成。通过反应塔中雾化喷嘴喷入工业水，将CFB锅炉出来的飞灰中未反应的CaO活化成消石灰，或根据需要添加一定量新的生石灰同时喷入反应塔，生石灰经活化转变为消石灰。这些吸收剂及再循环灰以很高的传质速率，与烟气中的SO2等酸性气体混合反应，生成CaSO4和CaSO3等反应产物。

脱硫后烟气经反应塔顶部进入袋式除尘器后，固体颗粒被分离，大部分经过空气斜槽和旋转给料机回送到反应塔中，对未反应的吸收剂进行再循环利用，少量经由仓底放灰阀放入中间灰仓，再用正压浓相气力输灰系统送入电厂脱硫灰库。除尘后净烟气经过引风机排入烟囱。

2.3 技术特点及优势

(1)由于CFB锅炉燃烧温度属于石灰石软烧分解温度，产生的生石灰空隙率最多，活性最好，是一种极好的脱硫剂来源。因此，CFB锅炉飞灰中含有的大量未反应完的CaO，可充分利用作为CFBFGD二级脱硫系统的脱硫剂，而且也可解决原来CFB锅炉飞灰中CaO过高的问题，开拓了CFB锅炉飞灰综合利用的渠道。

(2)CFB－FGD烟气脱硫系统不但能有效脱除SO2气体，反应塔内的消石灰还可以与SO3、HCl、HF等酸性气体发生中和反应、吸附如Hg、Pb等烟气中所含的重金属。在有效脱除这些危险的空气污染物同时，还可以避免烟气对脱硫设备系统包括烟囱的腐蚀，节约防腐处理成本。

(3)CFB－FGD烟气脱硫系统排出的烟气温度大约在70℃左右、含水量少，相比湿法脱硫系统，更加有利于污染物在大气中的扩散、降低污染物落地浓度水平，也不会发生“烟囱雨”等现象。

(4)CFB－FGD烟气脱硫系统耗水量少、没有废水排放，工艺系统具有成熟简单、厂用电低、占地面积小、维护工作量小、运行成本低等优点。

3CFB－FGD在华能白山煤矸石电厂应用

3.1 机组概况

华能白山煤矸石电厂位于吉林省白山市江源区，机组规模为2×330MW亚临界直接空冷机组，配备2×1190t/hCFB锅炉，主要燃用当地各矿业公司的洗选煤矸石、洗中煤及煤泥配成的低热值混合燃料，设计煤质硫分为0.34%。电厂于2009年8月开工建设，2012年8月建成投入试运行。

华能白山煤矸石电厂采用两级脱硫方式，即以CFB锅炉炉内脱硫+炉后CFB－FGD烟气脱硫装置共同组成高效脱硫系统，以实现SO2的超低排放同时满足标准限值和总量指标要求。炉后CFBFGD装置由吸收剂添加系统、循环流化床吸收塔和物料再循环系统、烟气系统、除尘器、工艺水系统、终产物收集系统及仪控系统组成。

3.2 脱硫系统实际运行情况

华能白山煤矸石电厂SO2排放情况见表2。

从表2可以看出，在略低于设计Ca/S的条件下，华能白山煤矸石电厂CFB锅炉炉内脱硫、CFBFGD二级脱硫的脱硫效率、总脱硫效率即可满足环评要求值，SO2排放浓度能同时满足GB13223－2011中现有机组、新建机组SO2排放限值要求。

表2 华能白山煤矸石电厂SO2排放情况

华能白山煤矸石电厂CFB锅炉炉内脱硫和炉外CFB－FGD烟气脱硫装置共同组成的两级脱硫工艺，能够满足脱硫设施日常稳定运行的要求，各系统及设备均能保证正常稳定运行［12］，各项技术指标优良，未发生环保事故，运行可靠性较好［13］。

3.3 对于其他CFB机组脱硫的适应性问题

由于华能白山煤矸石电厂燃料含硫量较低，仅为0.4%左右，因此日常运行主要通过CFB炉内脱硫，辅以在CFB－FGD二级脱硫中加入少量水活化飞灰中CaO即可达到100mg/m3以下的低排放。在投入一定量的吸收剂以增加二级脱硫系统Ca/S后，电厂脱硫设施评估时的监测结果显示［11］，华能白煤矸石电厂CFB－FGD可以稳定达到90%以上的脱硫效率，实现SO2的超低排放。

因此，对于燃用低硫燃料的新建CFB锅炉，在脱内脱硫后配套建设CFB－FGD二级脱硫，运行时在CFB－FGD系统辅以一定量的吸收剂后二级脱硫效率在90%以上，满足SO2排放要求。

基于上述分析可以得出，对于燃用中高硫燃料的新建CFB锅炉，在炉内脱硫后配套建设CFBFGD二级脱硫，运行时在CFB－FGD系统辅以一定量的吸收剂后二级脱硫效率在90%以上，完全可以达到GB13223－2011中一般区域SO2排放限值要求，但能否达到GB13223－2011中重点区域、《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020年)》中燃气轮机组SO2排放限值要求，有待进一步为实践所证明。

4 结语

CFB－FGD应用于CFB锅炉炉后二级脱硫，符合CFB锅炉工艺特点，特别适合缺水地区、燃用低硫燃料的新建CFB锅炉满足新形势下环保标准要求。华能白山煤矸石电厂2×330MW机组的成功实践证明，这种SO2污染控制措施技术先进，运用于大型CFB锅炉合理可行，为我国发展低热值煤资源综合利用提供了有力的环保技术支撑，作为示范工程可在我国电力行业燃用低硫燃料的新建CFB机组中进行大规模推广。

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Theory and practice of CFB－FGD adopted in large capacity circulating fluidized bed boilers＇second－stage desulphurization

The necessity of circulating fluidized bed boilers adopted with two stage desulfurization under the new situation and the advantage of CFB－FGD applied in theirs second－stage desulfurization is analyzed and introduced.The example of the actual operation of Baishan coal gangue power plant demonstrates that CFB－FGD can be economically achieved ultra－low SO2emissions，it also has the universality of applied in large capacity circulating fluidized bed boilers burning low sulfur fuel second－stage desulfurization to meet the current environment protection requirements，and provides a model for its large－scale application in China＇s power industry.

CFB－FGD;circulating fluidized bed boiler;second－stage desulfurization

X701.3

B

1674－8069(2015)06－043－03

2015-05-08;

2015-07-24

朱杰(1982-)，男，湖北黄石人，工程师，主要从事火电厂环评、能评及设计工作。E－mail:zhujie@nepdi.net