循環流化床鍋爐超低排放技術研究

翁麗娟

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，電力電量需求持續增加，客觀上需要建設更多的發電廠來彌補供電的不足。然而，火電廠數量的增加帶來了嚴峻的環保問題，污染氣體排放已經嚴重影響到人們的生命安全，現階段廣泛采用循環流化床（CFB）鍋爐，該鍋爐能夠清潔燃燒各種固體燃料，如何進一步降低污染物排放受到了人們廣泛的關注。該文首先介紹了CFB鍋爐的結構，然后結合實際案例，給出了具體的低排放技術的應用。

關鍵詞：循環流化床鍋爐 低碳減排 污染氣體

中圖分類號：TK22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0028-03

我國人員多，用電量大，傳統的火力發電是主要的電力來源，然而火力發電所帶來的環境污染問題已經嚴重影響了電力工業的發展。降低污染物排放是電力行業實現可持續發展的必由之路。自2014年7月1日起，規定燃煤鍋爐煙塵排放限額為30 mg/m3，二氧化硫為100 mg/m3，氮氧化物為200 mg/m3。目前，各大燃煤發電單位、高?；蚩蒲袉挝灰呀涢_始研究深度脫硫、脫硝等低排放技術，其中CFB技術應用比較廣泛，該技術起源于1970年，屬于一種清潔燃燒技術，燃燒最佳溫度為800℃～900℃，通過加入一定量的石灰石顆粒，可以吸收燃料中生成的污染氣體，普通的CFB鍋爐仍然無法達到新形勢下的低污染氣體排放的標準，因此，需要對脫硫、脫硝等技術進行進一步的研究，從而達到降低污染物排放的目的，最終使火力發電企業在日益競爭激烈的電力市場中保持健康發展。

1 循環流化床鍋爐結構

CFB鍋爐主要采用單鍋筒，以一種比較自然的方式循環，分為前部和尾部連個豎井，其中前端的豎井為總吊結構，水冷壁構成了四周，包含風室、密相和稀相區。尾部的煙道則由高低溫過熱器。預熱器等構成，豎井則主要采用支撐結構。前后兩個豎井之間用旋風分離器連接，分離器的下部與灰冷器或循回裝置連接。在燃料室中和分離器的內部裝有防磨內襯，前部和尾部的豎井采用不同的爐墻，前部采用敷管、尾部采用輕型，鍋爐整體重力由外部的8根鋼管支撐。鍋爐內煤或油的燃燒，需要分級進行，風比率為55%，采用干式進行灰渣排放分離，然后經過螺旋出渣機和灰斗進行排除。該鍋爐十分注重爐膛的設計，流化速度為3 m/s，采用合理的爐膛截面，即使燃燒的原料不同，也可以確保燃燒效率高達99%。分離器的煙進口溫度在800℃左右，由于風筒的內徑比較小、結構相對簡單，桶內設置一層薄薄的內襯，其使用壽命更長，循環倍率為15倍。

2 循環流化床鍋爐低排放技術的應用

2.1 CFB脫硫技術

煤中含有的硫成分，按照在空氣中是否可以燃燒分為兩種：第一種是可燃硫；第二種是不可燃硫。CFB鍋爐中可燃的硫的產物是二氧化硫，這部分硫包括硫單質、有機硫等，占到煤中硫總含量的90%；第二種硫成分在空氣中無法燃燒，可以在一定溫度下以硫酸鈣的形式穩定存在。下面介紹幾種常見的脫硫工藝：（1）爐內干法脫硫技術。通過向CFB鍋爐中加入碳酸鈣來控制二氧化硫的排放量，該脫硫技術的步驟是首先碳酸鈣在高溫下分解為二氧化碳和氧化鈣，氧化鈣與二氧化硫反應生成固體硫酸鈣，然后將生成的硫酸鈣和爐渣、飛灰一塊排出鍋爐，最終達到了去除硫的目的。（2）CFB-FGB半干法脫硫。鍋爐內煤燃燒后出來的煙氣，流入循環流化床脫硫塔，經過噴水降溫，使煙氣的溫度降低近15℃左右，然后加入水、各種吸收劑、脫硫灰等，經過一些化學反應，生成了固體硫化物，最終達到降低煙氣中硫物質的含量的目的。（3）采用石灰石-石膏濕法進行脫硫。該脫硫工藝采用的是石灰石脫硫劑，可以向硫物吸收塔中噴入吸收漿液，使這些物質與煙氣進行充分接觸，達到對煙氣過濾的作用，二氧化硫與強氧化空氣及漿液發生反應，生成硫化鈣水化物，可以有效吸收煤化物中硫成分。以上三種脫硫方法各有優缺點，具體的比較如表1所示。

通過對上述表格的分析可以得出采用第二種脫硫工藝，可以將脫硫的效率提升到90%以上，可以實現除塵和脫硫共同開展，與此同時為了滿足二氧化硫和煙塵的排放限額，在容量高于300MW的火電機組普遍采用第二種脫硫技術。采用第三種脫硫工藝的脫硫效率最高，為95%以上，但是不足之處是采用這種技術可能會增加火電廠的建設成本，有關部門需要根據具體的情況去選擇。實際中，有些地區要求CFB鍋爐機組的綜合脫硫效率高達98%，那么采用單一的脫硫方法就無法達到低排放的要求，因此，迫切需要尋找一種效率更高的方法，目前，可行的辦法是采用鍋爐內干燥的方法和煙氣脫硫工藝的結合，以達到對煤中的硫含量深度脫去的目的，且調節的手段更加靈活、可靠，最終可以滿足國家的相關規章規范。

2.2 CFB脫硝技術

循環流化床鍋爐在燃燒中會生成大量的氮氧化物，氮氧化物的量與燃料的溫度及空氣系數有關系。經過檢測發現鍋爐燃燒中產生的氮氧化物分為兩種：第一種是燃料型；第二種是熱力型。第二種物質的產生正比于鍋爐的溫度，即溫度越高產生的氮氧化物越高。CFB鍋爐內爐膛的溫度要比煤粉爐的溫度略低，因此產生的第二種氮氧化物較少。下面詳細介紹第一種氮氧化物生成的主要步驟：第一步，燃燒過程中含有氮化物的固體物質受熱以后，會逐漸分解為氨氣或HCN，將隨著鼓入的空氣釋放出來。第二步，生成的部分氨氣或HCN在氧氣的作用下轉化為氮氧化物，氮氧化物的轉化率和生成量取決于爐膛內的燃燒溫度，當溫度比較高時，氮將以一氧化氮或二氧化氮的形式釋放出來，若此時爐膛內的溫度較低，則氮化物將殘留在灰渣中。基于這種原理，可以除去粉塵后的風機出口處的煙霧送入鍋爐一次風機地點，吹入爐膛進行二次燃燒，送風管的規格為720×5，且在吹風機出口匯合處添加閥門，用以調節風量的大小，改造完成后可有效控制循環流化床鍋爐內的溫度，使其穩定在900°左右，按照發電廠使用煤的質量等級，可以計算出燃燒煤以后產生的氮氧化物濃度，排放的濃度低于200 mg/m3。endprint

2.3 CFB粉塵檢測升級改造

眾所周知，煙氣中含有的粉塵會對環境造成十分嚴重的危害，因此，對粉塵的監測儀器實行升級對測量粉塵含量有非常大的幫助。以前普遍采用的是國產LDM-100型激光粉塵儀，該儀器通過測定射入煙氣中的光強和射出煙氣的光強進行對比，達到對排煙管道、粉塵的濃度等實時測量的目的。這列粉塵的監測范圍在0～100之間，然而，實際監測中受粉塵顆粒的影響比較大，導致監測的精度不是十分理想，且對于濕度比較大的煙氣測量更加不準確，因此，采用該監測方法無法滿足監測的要求。為了解決這類問題，2013年我國引入PM-1820WS型低粉檢測儀，該儀器工作原理與激光粉塵完全不同，針對煙氣中水分含量較多，導致結露問題的出現的情況，有很好的作用，通過拌熱的探頭將煙氣進行抽取，干燥情況下對粉塵的濃度進行監測，可以有效避免水汽對結果的影響，能夠比較精確地測量出飽和情況下的煙氣粉塵的含量。采用該儀器設備后，測量粉塵的濃度更加精細，使得排放的煙霧粉塵量能夠滿足相關標準，對環境改善有較大的幫助。

3 案例分析

以某電廠的機組為例進行說明，為了響應國家的《煤電節能減排升級和改造行動計劃》，該電廠根據流場模擬的結果和測試數據對噴射系統進行了改造，增加了噴槍的數量，爐內的燃料采用分級燃燒和多段控制策略，對燃燒設備如風帽、受熱面、返料倉等進行改造，并采用了高效的脫硫技術，有效降低了氮氧化物及硫化物的排放量。表2為改造前后機組的參數。

4 結語

總之，采用CFB鍋爐不僅在燃料方面有較強的適應能力，而且可以有效降低污染物的排放量，為此，在電力企業中被普遍采用，隨著國家環保要求的不斷提高，對CFB鍋爐進行下一步改造顯得十分重要，在CFB鍋爐中引入脫硝和脫硫排放，并深入分析二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等污染氣體的生成條件，將為后續的污染物治理實現超低排放奠定堅實的基礎。

參考文獻

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