循環流化床鍋爐環保特性的認識與分析

劉利民

(陽煤壽陽化工有限責任公司，山西 壽陽 045400)

引 言

循環流化床鍋爐技術的使用滿足了當前社會的環保需求，具有高效、清潔燃燒以及調節性能良好等特性，屬于我國清潔燃燒領域中應用最為廣泛的技術。隨著循環流化床鍋爐投入數量的不斷增多，其運行期間也出現了很多亟待解決的問題，運行效率也低于煤粉鍋爐，運行時無法滿足燃料供應的雜亂性。同時，鍋爐在實際運行期間會排出大量的有害物質，無法滿足當前國家環保標準。為了促進循環流化床的持續發展，相關部門應深入探究，尋找更多的節能環保技術，為增強鍋爐的環保特性作出正確客觀的評價。

1 燃煤分類與環保標準

正確評價循環流化床排放標準時，工作人員首先應做好燃料特性的分類工作，以此為基準判斷其是否滿足環保標準。

1.1 燃煤分類

無煙煤、煙煤以及褐煤等均屬于我國的動力用煤，根據煤中硫的含量，又可以進一步細分為高硫煤、中硫煤以及低硫煤。實際燃燒期間，同等級電廠的鍋爐熱輸入標準基本一致的條件下，相同的煤熱值也會產生較大的變化范圍。對此，工作人員評價鍋爐環保性能時應根據煤中的折算硫分進行分析，而非單純使用用硫含量。

1.2 排放標準

隨著國民經濟的快速發展，我國SO2的排放標準也發生改變，傳統標準與西方發達國家存在較大差距，因此相關部門重新制定了更為嚴格的污染物排放標準。通過分析各國污染物的排放標準可以看出，多數國家并未明確規定鍋爐脫硫效率，脫硫效率并不唯一。對此，工作人員在評價電廠污染物排放濃度是否合格時應以污染物排放濃度為基本評判標準。

2 循環流化床鍋爐環保特性認識

2.1 循環流化床脫硫原理

循環流化床在脫硫時主要通過高溫煅燒方法將CaCO3分解為CaO，使其與煙氣中的SO2發生化學反應，生成硫酸鈣，實現脫硫。有機硫與黃鐵礦硫均屬于燃燒煤的組成部分，硫酸鹽中硫的含量較少。相關試驗表明，煤在加熱燃燒時，SO2呈現出階段性的排放特征。過剩空氣系數與床溫屬于SO2排出量的最要影響因素，隨著床溫的升高，SO2的排出量也會升高，區域氧濃度增大，會排出大量的SO2。對此，分析SO2的排出量可知，隨著燃燒溫度的升高，過剩空氣系數也會隨之增大，SO2的排出量增多[1]。

2.2 脫硫效率的影響因素

脫硫劑類型、流化速度、床溫以及鈣硫摩爾比均屬于脫硫效率的影響因素，其中影響最為明顯的為床溫與鈣硫摩爾比因素，隨著鈣硫摩爾比指數的增加，脫硫效率變大，且床溫在870 ℃左右時具備最佳的脫硫效果。當床溫保持在860 ℃～870 ℃，鈣硫摩爾比約為1.5時，鍋爐可以達到70%的脫硫率，同樣床溫下，鈣硫摩爾比達到2.2時，鍋爐可以達到85%以上的脫硫效果。

2.2.1 鈣硫摩爾比對SO2排放量的影響

SO2排放量主要的影響因素便是鈣硫摩爾比，當燃料中不存在石灰石時，灰渣中會存在約30%的殘留燃料硫，剩余70%以氣體形式存在。此時燃煤中無機硫的析出量決定于SO2的排放濃度以及燃煤本身的脫硫性能。研究工業循環流化床鍋爐的實際運行情況可以看出，隨著石灰石含量的增加，鍋爐的脫硫效率也不斷提高，當鈣硫摩爾比小于2.5時，隨著摩爾比的增大，脫硫效率會提高較快[2]。而鈣硫摩爾比再次增加時，脫硫效率增加速度會放緩。且當鈣硫摩爾比過高時，還會出現物理熱損失以及一氧化氮排放量增大等問題。相關工業實踐可以證實，為了獲得理想的脫硫效率，流化床鍋爐的鈣硫摩爾比應在1.82～2.0。

2.2.2 鈣硫摩爾比對成本的影響

在一定范圍內，隨著鈣硫摩爾比的增加，鍋爐的脫硫效率也會明顯提高，且摩爾比的增加會影響最終的運行成本。一是隨著鈣硫摩爾比的增大，石灰石系統容量也隨之增加，工程項目投資成本增大；二是隨著鈣硫摩爾比的增加，石灰石使用量也會明顯變大，增大了運行成本。

2.2.3 石灰石品質對SO2排放量的影響

石灰石品質也會影響SO2的排放量，且不同種類的石灰石會產生不同反應，具備不同孔隙特點及晶體結構的CaCO3，影響了實際的脫硫效果。對此，在鍋爐運行期間，工作人員應有效測定石灰石的反應率，準確計算鈣硫比，且除了化學性能外，工作人員在選擇脫硫劑時應充分考慮反應率指標。

2.2.4 煤質特性對SO2排放影響

燃煤含硫量會直接影響SO2的排放量，因此鍋爐應使用低硫煤，在確定煤種后，利用提升脫硫率的方法降低SO2的含量。鍋爐機組正常運行時，工作人員為了確保SO2排放指標的標準性，應有效調節脫硫劑的使用量。

2.2.5 石灰石投入濃度對SO2排放量的影響

在一次反應下，脫硫劑粒度越小，越具備較好的脫硫效果。一方面，當脫硫劑粒度較小時，其對氮氧化物的刺激小，可以升高脫硫溫度，從而促使燃燒完全，提高脫硫效率。另一方面，為了增大反應面積，工作人員可以減小石灰石顆粒的尺寸，并適當增加其表面積。循環流化床一般采用粒徑在0 mm～2 mm的石灰石。但脫硫劑粒度應保持在一定范圍內，并非越小越好，當粒度過小時，無法有效參與燃燒反應，降低了脫硫劑的利用率[3]。

2.2.6 床溫對SO2排放量的影響

床溫可以影響脫硫劑的反應速度與孔隙特征，進而對脫硫效率產生影響。實驗表明，當燃燒溫度小于800 ℃時，脫硫反應速率較低，脫硫劑無法得到充分使用。而當床溫超過950 ℃時，燃燒溫度過高會增大反應速率，但會降低脫硫效率，主要因為化學生成物中出現CaSO4，其在高溫下分解，產物包括SO2。受脫硫劑的粒徑、煅燒溫度以及脫硫劑品種等因素的影響，實踐表明，其最佳的反應溫度在850 ℃～900 ℃。

由此看出，循環流化床在技術方面可以有效控制SO2的排放量，實現環保性，更多因素會影響投入成本與企業的經濟性。

3 結語

本文深入分析了循環流化床鍋爐的環保特性，并進行了針對性評價。一是燃料具備不同的燃燒特性，鍋爐脫硫效率保持在70%～95%，且符合排放指標標準，則可以證明鍋爐為環保類型。二是循環流化床符合NO的排放需求，無需增加額外的煙氣脫硝設備。三是循環流化床技術可以使用不同種類的燃料，且長期使用后，SO2以及氮氧化物的排放符合基本標準。四是循環流化床使用了高效清潔技術，調節性能良好，且燃料具備較廣的適應性，可以使用低熱值以及高硫的劣質燃料，競爭力較強，值得大力推廣使用。