CFB 鍋爐實現SO2 超低排放技術路線研究

易秉恒

（國能（泉州）熱電有限公司，福建 泉州 362800）

引言

隨著潔凈煤燃燒技的不斷發展，循環流化床燃燒工藝的應用越來越廣泛，同時，循環流化床工藝具有較好的燃料適應性，能適用于例如煤矸石、煤泥、中煤等低熱值燃料，包括生活垃圾及生物質燃料。循環流化床采取分級配風和燃料流化燃燒的工藝方式，由于爐內床溫相對較低，為干法固硫提供了良好的反應環境，而且灰渣利用有其獨有特點，因此在我國得到了快速發展。但隨著我國環保要求的不斷嚴格，新的超低排放政策要求火電廠煙氣中SO2排放濃度要求達到天然氣燃氣輪機排放標準，即SO2≤35 mg/Nm3。隨著相關環保的污染物排放要求不斷提高，需要對發電企業的排污工藝技術進行相應的升級改造。

1 CFB 鍋爐石灰石-石膏濕法聯合脫硫方案

目前主要用到的煙氣脫硫工藝主要有濕法、干法、半干法脫硫工藝。由于干法的脫硫效率低而使用較少；而對于半干法脫硫工藝來說，其脫硫效率相對較高，可以穩定在90%左右，以廣州某熱電站CFB 鍋爐為例，其反應器入口煙氣SO2質量濃度為2 463.76 mg/m3，出口SO2質量濃度為192.93 mg/m3，脫硫效率可達92.15%，但對于目前超低排放對于煙氣中SO2質量濃度小于35 mg/m3的要求來說是遠遠不達標的[2]。因此，半干法要實現超低排放還有一定的限制條件，需要日后通過科技手段來不斷改進以滿足超低排放要求。

1.1 單塔雙循環脫硫

單塔雙循環脫硫與單塔一體化脫硫工藝上有一定的區別，其工藝圖如圖1 所示。

單塔雙循環脫硫工藝設有兩級循環，兩級循環都獨立設置循環漿池和噴淋層，兩級循環依據不同的功能需求設置相應參數。脫硫塔內利用托盤把脫硫區分隔為上、下循環兩個脫硫區，下循區域的pH 值控制在4.5 左右，下循環脫硫區主要負責預吸收及氧化亞硫酸鈣過程，確保優異的亞硫酸鈣氧化效果及充足的石膏結晶時間，從而提高石膏的品質。上循環段的pH值要控制在6 左右（石灰石相對過量），實現SO2的高效吸收，上循環段主要實現脫硫洗滌過程。脫硫塔內形成兩個獨立的環脫硫系統，煙氣的脫硫主要由上下兩個循環區域共同完成[1]。

雙塔雙循環脫硫系統是在單塔脫硫系統的基礎上改造而來，其特點是可以增加煙氣的循環次數，明顯提高脫硫效率。工藝圖如圖2 所示。

1.2 雙塔雙循環脫硫

雙塔雙循環中，煙氣經過一級循環的時候，可以大大提高煙氣雜質，例如SO2、灰塵、HCl 等，如此，從一級循環出來的煙氣進入二級循環后，會降低對二級循環的影響，增加循環效率，另一方面，由于一級循環塔內的pH 值較低，有利于石膏的氧化，顆粒能夠快速的溶解，能夠較大程度的提高石灰石顆粒度，有效降低磨制系統和氧化風機的電耗。二級塔內的pH 值相對高一些，從而對SO2的吸收有利，從而提高了脫硫效率，高硫煤可以達到98.5%左右。石灰石漿液先進入二級循環，接著進入一級循環，采取這種循環方式可以延長石灰石的停留時間。且兩個循環互不干擾，相互獨立，減少了兩個循環之間的影響，提高反應優化效果，提高煤種變化和負荷變化的適應性。

雙塔雙循環采用串聯運行的思路，既能不改變脫硫劑（石灰石），還能大大提高脫硫效率，引入新設備，提高與舊設備的聯系，大大增加脫硫系統的可靠性。但雙塔雙循環工藝并不適合于所有新建或者改造機組，對于循環流化床鍋爐來說，其爐內本身就具有良好的脫硫環境與較高的脫硫效率，而且脫硫成本低，通過爐外煙氣單塔脫硫足以滿足超低排放要求，改造為雙塔雙循環反而會大大增加初投資和運行成本。雙塔雙循環工藝也存在一系列缺點，不僅投資高，占地面積大，而且增加一臺脫硫塔，意味著增加了原煙氣進入脫硫塔的阻力，從而提高了增壓風機的能耗，相應的也會增加一系列用電設備，大大提高了廠用電率，當煙氣通過一級循環進入二級循環時，會導致兩級脫硫塔連接處產生大量積水，酸性液體會導致管路腐蝕，不利于設備的長期運行[2-3]。

1.3 CFB 鍋爐爐內、爐外兩級聯合脫硫脫除份額配比

由于兩級聯合脫硫系統數量的增加，爐內與爐外作為兩個系統，脫除份額的分配優化受到更高的關注。在CFB 鍋爐后串接FGD 雖然可以進一步降低SO2排放濃度來滿足超低排放要求，但會導致脫硫初投資和運行成本增加，文中給出一些選擇兩級脫除份額配比的一些原則。見圖3。

1）在實際生產過程中，根據設備包括一些調節閥及控制系統等的因素，對于爐內脫硫控制和爐后煙氣脫硫控制來說，選擇容易調節的優先調節，不容易調節的要穩定調節，最終實現超低排放。

2）CFB 鍋爐爐內脫硫并不是鈣硫比越高越好，鈣硫比的選擇，應當根據煤種及不同容量鍋爐的燃燒和負荷情況，以爐內產生SO3的量最少為原則，一方面提高石灰石利用率，另一方面也可以避免SO3與NH3發生反應生成硫酸銨造成堵塞。

3）對于煤種含硫量相對固定，給料系統、漿液循環系統、調節閥以及一些測量元件等控制與檢測相對準確的情況下，可以根據系統的實際運行情況，結合考慮初投資與運行成本，選擇合適的兩級脫硫中間點SO2設定值，從而滿足超低排放的要求實現系統長期經濟運行，降低企業生產成本，提高企業效益。

2 結論

1）我們應該利用好CFB 鍋爐本身帶有的脫硫優勢，并在發揮此優勢的基礎上加大科技創新，實現超低排放。

2）根據目前CFB 鍋爐爐內脫硫的情況，要實現超低排放，增加爐外煙氣脫硫是必然的選擇，但對于煙氣脫硫方法的選擇來說并不是一概而論的，以雙塔雙循環脫硫方式來說并不是對所有爐型和燃料最合理的選擇。

3）對于爐外煙氣脫硫方式的選擇來說，我們要以科學計算、合理分析為基礎，根據實際情況，以參數保證工藝，其最終原則是在滿足超低排放的前提下實現投入最少，經濟最優。