循环流化床锅炉环保特性的认识与分析

刘利民

(阳煤寿阳化工有限责任公司，山西 寿阳 045400)

引 言

循环流化床锅炉技术的使用满足了当前社会的环保需求，具有高效、清洁燃烧以及调节性能良好等特性，属于我国清洁燃烧领域中应用最为广泛的技术。随着循环流化床锅炉投入数量的不断增多，其运行期间也出现了很多亟待解决的问题，运行效率也低于煤粉锅炉，运行时无法满足燃料供应的杂乱性。同时，锅炉在实际运行期间会排出大量的有害物质，无法满足当前国家环保标准。为了促进循环流化床的持续发展，相关部门应深入探究，寻找更多的节能环保技术，为增强锅炉的环保特性作出正确客观的评价。

1 燃煤分类与环保标准

正确评价循环流化床排放标准时，工作人员首先应做好燃料特性的分类工作，以此为基准判断其是否满足环保标准。

1.1 燃煤分类

无烟煤、烟煤以及褐煤等均属于我国的动力用煤，根据煤中硫的含量，又可以进一步细分为高硫煤、中硫煤以及低硫煤。实际燃烧期间，同等级电厂的锅炉热输入标准基本一致的条件下，相同的煤热值也会产生较大的变化范围。对此，工作人员评价锅炉环保性能时应根据煤中的折算硫分进行分析，而非单纯使用用硫含量。

1.2 排放标准

随着国民经济的快速发展，我国SO2的排放标准也发生改变，传统标准与西方发达国家存在较大差距，因此相关部门重新制定了更为严格的污染物排放标准。通过分析各国污染物的排放标准可以看出，多数国家并未明确规定锅炉脱硫效率，脱硫效率并不唯一。对此，工作人员在评价电厂污染物排放浓度是否合格时应以污染物排放浓度为基本评判标准。

2 循环流化床锅炉环保特性认识

2.1 循环流化床脱硫原理

循环流化床在脱硫时主要通过高温煅烧方法将CaCO3分解为CaO，使其与烟气中的SO2发生化学反应，生成硫酸钙，实现脱硫。有机硫与黄铁矿硫均属于燃烧煤的组成部分，硫酸盐中硫的含量较少。相关试验表明，煤在加热燃烧时，SO2呈现出阶段性的排放特征。过剩空气系数与床温属于SO2排出量的最要影响因素，随着床温的升高，SO2的排出量也会升高，区域氧浓度增大，会排出大量的SO2。对此，分析SO2的排出量可知，随着燃烧温度的升高，过剩空气系数也会随之增大，SO2的排出量增多[1]。

2.2 脱硫效率的影响因素

脱硫剂类型、流化速度、床温以及钙硫摩尔比均属于脱硫效率的影响因素，其中影响最为明显的为床温与钙硫摩尔比因素，随着钙硫摩尔比指数的增加，脱硫效率变大，且床温在870 ℃左右时具备最佳的脱硫效果。当床温保持在860 ℃～870 ℃，钙硫摩尔比约为1.5时，锅炉可以达到70%的脱硫率，同样床温下，钙硫摩尔比达到2.2时，锅炉可以达到85%以上的脱硫效果。

2.2.1 钙硫摩尔比对SO2排放量的影响

SO2排放量主要的影响因素便是钙硫摩尔比，当燃料中不存在石灰石时，灰渣中会存在约30%的残留燃料硫，剩余70%以气体形式存在。此时燃煤中无机硫的析出量决定于SO2的排放浓度以及燃煤本身的脱硫性能。研究工业循环流化床锅炉的实际运行情况可以看出，随着石灰石含量的增加，锅炉的脱硫效率也不断提高，当钙硫摩尔比小于2.5时，随着摩尔比的增大，脱硫效率会提高较快[2]。而钙硫摩尔比再次增加时，脱硫效率增加速度会放缓。且当钙硫摩尔比过高时，还会出现物理热损失以及一氧化氮排放量增大等问题。相关工业实践可以证实，为了获得理想的脱硫效率，流化床锅炉的钙硫摩尔比应在1.82～2.0。

2.2.2 钙硫摩尔比对成本的影响

在一定范围内，随着钙硫摩尔比的增加，锅炉的脱硫效率也会明显提高，且摩尔比的增加会影响最终的运行成本。一是随着钙硫摩尔比的增大，石灰石系统容量也随之增加，工程项目投资成本增大；二是随着钙硫摩尔比的增加，石灰石使用量也会明显变大，增大了运行成本。

2.2.3 石灰石品质对SO2排放量的影响

石灰石品质也会影响SO2的排放量，且不同种类的石灰石会产生不同反应，具备不同孔隙特点及晶体结构的CaCO3，影响了实际的脱硫效果。对此，在锅炉运行期间，工作人员应有效测定石灰石的反应率，准确计算钙硫比，且除了化学性能外，工作人员在选择脱硫剂时应充分考虑反应率指标。

2.2.4 煤质特性对SO2排放影响

燃煤含硫量会直接影响SO2的排放量，因此锅炉应使用低硫煤，在确定煤种后，利用提升脱硫率的方法降低SO2的含量。锅炉机组正常运行时，工作人员为了确保SO2排放指标的标准性，应有效调节脱硫剂的使用量。

2.2.5 石灰石投入浓度对SO2排放量的影响

在一次反应下，脱硫剂粒度越小，越具备较好的脱硫效果。一方面，当脱硫剂粒度较小时，其对氮氧化物的刺激小，可以升高脱硫温度，从而促使燃烧完全，提高脱硫效率。另一方面，为了增大反应面积，工作人员可以减小石灰石颗粒的尺寸，并适当增加其表面积。循环流化床一般采用粒径在0 mm～2 mm的石灰石。但脱硫剂粒度应保持在一定范围内，并非越小越好，当粒度过小时，无法有效参与燃烧反应，降低了脱硫剂的利用率[3]。

2.2.6 床温对SO2排放量的影响

床温可以影响脱硫剂的反应速度与孔隙特征，进而对脱硫效率产生影响。实验表明，当燃烧温度小于800 ℃时，脱硫反应速率较低，脱硫剂无法得到充分使用。而当床温超过950 ℃时，燃烧温度过高会增大反应速率，但会降低脱硫效率，主要因为化学生成物中出现CaSO4，其在高温下分解，产物包括SO2。受脱硫剂的粒径、煅烧温度以及脱硫剂品种等因素的影响，实践表明，其最佳的反应温度在850 ℃～900 ℃。

由此看出，循环流化床在技术方面可以有效控制SO2的排放量，实现环保性，更多因素会影响投入成本与企业的经济性。

3 结语

本文深入分析了循环流化床锅炉的环保特性，并进行了针对性评价。一是燃料具备不同的燃烧特性，锅炉脱硫效率保持在70%～95%，且符合排放指标标准，则可以证明锅炉为环保类型。二是循环流化床符合NO的排放需求，无需增加额外的烟气脱硝设备。三是循环流化床技术可以使用不同种类的燃料，且长期使用后，SO2以及氮氧化物的排放符合基本标准。四是循环流化床使用了高效清洁技术，调节性能良好，且燃料具备较广的适应性，可以使用低热值以及高硫的劣质燃料，竞争力较强，值得大力推广使用。