关于循环流化床锅炉超低排放技术分析
2019-12-11黄超
黄超
摘 要:循环流化床(CFB)锅炉实为能够以一种比较清洁的方式燃烧各种固体燃料的新型锅炉,但其怎样与新修订的国家环保标准相适应,最大程度降低污染物的外排,仍需要开展深入研究。本文结合工程实例,首先简要分析了CFB锅炉排放的基本特性,预测CFB锅炉SO2排放值,最后探讨了超低排放技术方案,望能为此领域研究有所借鉴。
关键词:循环流化床锅炉;脱硫;脱硝
当前,针对由火力发电所带来的环境污染来讲,其已经成为制约我国电力工业整体发展的重要因素;因此,针对我国电力工业而言,要想实现可持续发展,首先要做的便是治污减排。早在2011年,国家环境保护部便结合自身情况,对外颁布了具有划时代意义的《火电厂大气污染物排放标准》,其中明确指出,火力发电厂在NO3、SO2排放浓度上,应<100mg/m3。需要指出的是,针对有着比较高折算硫分的煤种,或者是比较高挥发分的煤种,一般情况下,可选用分级燃烧技术以及炉内脱硫技术,但许多CFB锅炉难以满足此排放要求。因此,需深入、全面且系统化研究能够有效降低NO3排放的新技术。
1.CFB锅炉排放的基本特性
针对那些处于运行状态的CFB锅炉来讲,通过对其进行测试得知,如果燃料的折算硫分Szs<1g/MJ,并且Ca/S摩尔比值2.0~3.0,此时,其在具体的脱硫效率上,能够达91~98%,部分锅炉甚至可达到99%,另外,与之相对应的SO2在具体的排放值上,即<100mg/m3。针对某电厂300MW CFB锅炉来讲,当其Ca/S摩尔比为5时,与之相对应的脱硫效率能够达到99%。另外,SO2排放值达50mg/m3,尽管有着比较大的Ca/S摩尔比值,但需要强调的是,煤的折算硫分却比较低,仅为0.33%,因此,可得出其石灰石耗量是17.7t/h,其在整个入炉煤量当中所占比重为11%。因而选用炉内脱硫技术具有经济可行性。
此外,还需要指出的是,对于CFB锅炉而言,其运行床温需要维持在855~925℃这一区间内,而对于过量空气系数来讲,即为1.05~1.11,因而能够实现分级燃烧以及低温燃烧。在各项运行参数均比较合适的情况下,通常CFB锅炉NOx的排放,需要将其合理控制于70~210mg/m3这一范围内。
2.预测CFB锅炉SO2排放值
针对煤的折算硫分Szs来讲,其與原始SO2排放值之间有着比较典型的线性关系,而后者与基含硫量Sar之间,则呈现为较好的多值性关系。即便煤种不同,其收到基含硫量Sar也相同,因存在着比较大的发热量差别,对于其原始排放值而言,可能会有比较大的差别。比如收到基含硫量Sar值是1.5%,此时,对于原始SO2排放值来讲,维持在3250~5250mg/m3这一区间内。有报道指出,将折算硫分当作对煤中含硫量进行判别的基本依据,更加合理与科学。
(1)
而针对SO2排放值CSO2(mg/m3)来讲,可利用如下公式来进行预测:
(2)
在此公式当中,Szs所表示的是煤的折算硫分,单位是g/MJ;Sar所表示的是煤的收到基含硫量,单位是%;而Qnet,ar,p所表示的是煤的低位发热量(kJ/kg); ηs-self所表示的是煤的自脱硫效率(%)。
3.超低排放技术方案
如果Szs是1.0~2.5g/MJ的燃料,那么针对CFB锅炉来讲,需运用2级脱硫工艺(炉内、外);针对炉内脱硫效率而言,通常可以达到90%,而炉外脱硫效率可以达到90%;而对于2级脱硫工艺来分析,其脱硫效率为99%,因此,可以将SO2排放值维持在100mg/m3以内。
某电厂300MW CFB锅炉的实际应用得知,采用炉外脱硫工艺进行操作,能够实现对循环流化床烟气脱硫工艺的全面优化。而对于此种工艺而言,其实为一种比较典型的半干法脱硫工艺,由多部分构成,不仅有自动控制系统,而且还有分离器、循环流化床反应器及吸收剂添加系统等。在CFB反应器的底部位置,还专门设置有布风装置,而在其下部密相区,则设置有多个装置,比如返料口、石灰浆喷嘴等;此外,在反应器的上部位置,则为稀相区与过渡段。需要指出的是,从锅炉空气预热器出口位置处所排出的烟气,自CFB下部的布风装置,输送至反应器当中,并以此来维持最基本的循环流化状态。针对新鲜石灰浆这一原料,通过压缩空气雾化处理之后,借助位于反应器中央位置处的两相流喷嘴,被输送至反应器。另外,于CFB反应器当中,诸如SO3、SO2与脱硫剂发生反应,由此所产生的物质则伴随烟气而被送出反应器。还需要指出的是,利用分离器进行分离而得到的固体颗粒,则会重新被输送至CFB反应器,实施持续性循环,脱硫剂进行循环处理后,脱硫反应时间会得到延长,与此同时,脱硫剂在具体的利用率上也会得到大幅提升。而对于工艺水而言,则用喷嘴喷入到吸收塔的下部,以此来实现烟气湿度的增加,并达到降低烟温的目的,促使整个反应温度与水露点温度相接近,以此达到最大程度提升脱硫效率的目的。
需要强调的是,为了能够最大程度降低CFB锅炉的NOx排放值,最终满足深度脱硝的效果,可以根据实际情况,将选择性非催化还原系统设置在炉膛出口处。在选择还原剂时,可以根据实际需要,选择尿素溶液,或者是液氨。于旋风分离器入口烟道上,将还原剂喷入,通常情况下,烟气温度能够达到800~920℃。而在分离器内,烟气停留时间较长,并且于强旋流的作用下,喷入的还原剂混合烟气良好,所以,能够达到降低NOx的效果。
4.结语
综上,如果将NOx排放值维持在100mg/m3以下,针对高挥发分煤种,比如烟煤等,CFB锅炉需选用更加实用且高效的SNCR技术。因此,CFB锅炉选用比较合适的技术措施,有助于降低SO2、NOx的排放,能够实现循环流化床锅炉的更加高效运转。
参考文献:
[1]李德波, 曾庭华, 蔡永江, et al. 循环流化床锅炉超低排放关键技术研究与工程实践[J]. 广东电力, 2017, 30(3):1-6.
[2]叶伟平, 邱国铭, 杜振,等. 循环流化床锅炉烟气超低排放改造技术路线分析[J]. 发电与空调, 2017, 38(2):34-37.
[3]杨爱东, 赵孔友, 李明明. 低成本实现循环流化床锅炉烟气超低排放技术经济对比分析[J]. 中国电业:发电版, 2017(5):56-57.