循环流化床烟气超低排放技术应用及进展

陈少飞

摘要：循环流化床气化技术是一种新型粉煤气化技术，它通过固体物料在炉内进行循环流化进行传热，然后使煤粉在高温流化态中发生气化反应，在反应完成后产生的灰会随着炉内的循环流化进入旋风分离进入后系统，最终进行外排处理。在此背景下，文中针对CFB锅炉烟气脱硝技术进行研究，提供可行方案供参考。

关键词：循环流化床;烟气脱硫;技术应用

循环流化床锅炉源自20世纪70年代发展出来的新技术，其发展动力是人类社会对生态保护的高度重视。循环流化床技术属于一种清洁燃烧工艺，大幅度降低了作为全球主要气体污染物的SO2（二氧化硫）与NOX排放量，即从根源上缓解了酸雨的产生。而且，循环流化床锅炉还具备燃料适应性大、负荷调整性好、投资与运行费用相对偏低等优势，所以该技术在全球得到了普遍运用。

1烟气脱硫技术现状

据统计，SO2排放虽然得到有所控制，较之前有所下降，但2015年排放总量依然达到了1859.1万t，其中在排放总量中显示，工业源的排放占据很大比重，达到83.7%;工业源中包含了金属和非金属加工业、石油行业、电力行业等，在工业源排放的SO2中，工业源排放SO2之所以占比很高，是因为电力行业是煤耗大户，数据显示，仅电力行业排放的SO2占工业源总排放量的36%。

以燃烧阶段为基础，对SO2控制进行划分可以分为三个阶段：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。近年来，烟气脱硫（FGD）作为燃烧后脱硫技术在世界各发达国家取得了显著成效，因此成为整个脱硫市场应用最广泛，技术最成熟的脱硫技术。通常烟气脱硫技术可以划分为：湿法脱硫技术、半干法脱硫技术和干法脱硫技术，脱硫产物和所使用的脱硫剂状态的不一样，是区分烟气脱硫方法的依据。湿法脱硫技术以85%的市场占有率成为世界各国应用最广泛的脱硫技术，其中，以美国、日本、德国占比最高，湿法脱硫技术在三个国家的市场占有率分别达到92%、98%、90。脱硫剂和脱硫产物以一种湿的状态存在，简称为湿法脱硫，反之，简称为干法脱硫。在脱硫市场中应用较多的湿法脱硫技术有：石灰石-石膏法、海水法、氨法、钠碱法等;干法脱硫技术中研究较多的有活性炭法、电子束法等脱硫技术;半干法脱硫技术是处于湿法和干法之间的一种脱硫技术，典型的半干法脱硫技术主要有喷雾干燥脱硫技术、循环流化床脱硫技术。截至2014年，对国内的脱硫技术应用统计显示：石灰石石膏法烟气脱硫技术以92%的市场占有率成为湿法脱硫技术占有率最高的脱硫方法。海水法脱硫以其独特优点占据了3%的市场份额。氨法脱硫技术和循环流化床半干法脱硫技术占据了市场相同份额，分别占据了2%，其他的脱硫方法占比1%。

2CFB锅炉脱硝技能剖析

2.1传统喷淋空塔湿法烟气脱硫工艺

国内外电厂大多采用此工艺进行烟气脱硫，通常可达到98%以上的脱硫效率，但吸收塔出口SO2排放浓度大多超出50mg/m3。根据某企业2×300MW循环流化床机组燃煤含硫量，设置3层喷淋层，理论上吸收塔脱硫效率可达到97.8%以上，但要使吸收塔出口SO2排放浓度长期、稳定保持在35mg/m3以下，会有一定风险，所以，需要采取提效措施，如增设一座预吸收塔，与原吸收塔串联运行，脱硫效率可到达98%甚至更高。

2.2FGDplus工艺

FGDplus工艺是AEE企业为高硫份煤和超低二氧化硫排放研制的一种新型的脱硫工艺。此工艺依据“导向传质”机理，优化现行的空塔喷淋层工艺，以降低气液传质阻力与能量耗损，提升脱硫率，达到二氧化硫的超低排放，该工艺在德国Niederaussem电厂创建了一个示范设备，治理气体量3000m3/h，运行2a，脱硫率高达99.8%。当前，该工艺已在我国太原第二热电厂应用。

2.3双循环工艺

双循环工艺属于一种湿法脱硫方式。该工艺经两级浆液循环，对二氧化硫实施两次治理，两级循环过程都设置了单独的循环浆池、喷淋层，每级循环都有不同的运转参数。气体首先通过一级循环，该级循环的基本功能是确保良好的CaSO3氧化效果与足够的石膏硬化时间，脱硫效率在30%～70%;之后气体进入二级循环，该循环负责完成SO2的吸收，使SO2达标排放。

2.4双托盘脱硫工艺

该工艺是在喷淋空塔的基础上研发出来的，核心是增强气流均质、气液结合、提升石灰石的分解量。该工艺在以往的喷淋空塔结构上，加设两层托盘，托盘形成的阻力令烟气流量均匀的布置在喷淋塔截面上，同时使脱硫浆液在托盘上形成一层液膜，让浆液和气体得到完全接触，避免喷淋塔内出现烟气走廊现象，该工艺的脱硫效率较单纯的喷淋空塔高，通常脱硫效率可达到98%以上。

2.5湍流子脱硫工艺

湍流塔是在喷淋空塔的基础上增加一套由若干个湍流单元组成的旋汇耦合设备。该工艺依靠多相紊流混合的强传质原理，通过特殊的旋汇耦合设备，形成气液旋转运行的湍流环境，气液固三相完全接触，大幅度下降了气液膜传质阻碍，极大提升了传质效率，快速实现传质过程，进而达到提升脱硫率的目的。

2.6CFB锅炉低氮焚烧技能

CFB锅炉发作的燃料型NOx生成机理非常复杂，操控燃料型NOx生成最有用的措施是分级送风焚烧，在复原气氛中氮焚烧的中间产物较少被氧化成NO，从而按捺了NOx的生成。锅炉规划结构和运转办法对NOx排放的影响较为显着，国内投产的CFB锅炉为下降运转本钱一般不设置外置床，调理手法有限，部分电厂为了下降飞灰底渣含碳量，更是人为选择了较高的密相区温度，这就使得CFB锅炉的低NOX焚烧特性发挥遭到了约束。

结合循环流化床锅炉规划、运转现状，选用适宜的技能手法对锅炉布风均匀性、分离器功率、级配送风等方面进行优化，完成炉内低氮焚烧，可显著下降NOx原始排放浓度。

低氮焚烧技能首要是经过运转办法的改善或对焚烧进程进行特别操控，一方面按捺燃料生产NOx，另一方面将已生成的NOx复原，最终下降NOx排放量。首要办法包括：（1）低氧焚烧。经过下降过量空气系数，以利于复原性气氛的形成，削减NOx的生成。（2）强化分级配风。例如，经过二次风口改造，或者调整一、二次风比例，可以减轻污染物的排放。（3）提高分离器功率。首要经过分离器进口烟道改造、中心筒提效改造等，进步旋风分离器的分离功率。（4）烟气再循环。将锅炉尾部的低温烟气的一部分经过再循环风机送入炉膛，然后改动锅炉热量分配，下降部分焚烧温度，调理反响气氛。

结论

影响循环流化床锅炉运行效率因素较多，因此要针对易磨损部位及磨损机理，采取一系列技术措施，降低磨損以提高运行周期;根据循环流化床锅炉的运行特点，优化点停炉方案、合理控制工况负荷、确定最佳入炉煤品质，采取一系列合理的运行调控措施，最大限度提高运行效率。

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