循环流化床锅炉超低排放技术研究

翁丽娟

摘 要：随着我国经济的快速发展，电力电量需求持续增加，客观上需要建设更多的发电厂来弥补供电的不足。然而，火电厂数量的增加带来了严峻的环保问题，污染气体排放已经严重影响到人们的生命安全，现阶段广泛采用循环流化床（CFB）锅炉，该锅炉能够清洁燃燒各种固体燃料，如何进一步降低污染物排放受到了人们广泛的关注。该文首先介绍了CFB锅炉的结构，然后结合实际案例，给出了具体的低排放技术的应用。

关键词：循环流化床锅炉 低碳减排 污染气体

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0028-03

我国人员多，用电量大，传统的火力发电是主要的电力来源，然而火力发电所带来的环境污染问题已经严重影响了电力工业的发展。降低污染物排放是电力行业实现可持续发展的必由之路。自2014年7月1日起，规定燃煤锅炉烟尘排放限额为30 mg/m3，二氧化硫为100 mg/m3，氮氧化物为200 mg/m3。目前，各大燃煤发电单位、高校或科研单位已经开始研究深度脱硫、脱硝等低排放技术，其中CFB技术应用比较广泛，该技术起源于1970年，属于一种清洁燃烧技术，燃烧最佳温度为800℃～900℃，通过加入一定量的石灰石颗粒，可以吸收燃料中生成的污染气体，普通的CFB锅炉仍然无法达到新形势下的低污染气体排放的标准，因此，需要对脱硫、脱硝等技术进行进一步的研究，从而达到降低污染物排放的目的，最终使火力发电企业在日益竞争激烈的电力市场中保持健康发展。

1 循环流化床锅炉结构

CFB锅炉主要采用单锅筒，以一种比较自然的方式循环，分为前部和尾部连个竖井，其中前端的竖井为总吊结构，水冷壁构成了四周，包含风室、密相和稀相区。尾部的烟道则由高低温过热器。预热器等构成，竖井则主要采用支撑结构。前后两个竖井之间用旋风分离器连接，分离器的下部与灰冷器或循回装置连接。在燃料室中和分离器的内部装有防磨内衬，前部和尾部的竖井采用不同的炉墙，前部采用敷管、尾部采用轻型，锅炉整体重力由外部的8根钢管支撑。锅炉内煤或油的燃烧，需要分级进行，风比率为55%，采用干式进行灰渣排放分离，然后经过螺旋出渣机和灰斗进行排除。该锅炉十分注重炉膛的设计，流化速度为3 m/s，采用合理的炉膛截面，即使燃烧的原料不同，也可以确保燃烧效率高达99%。分离器的烟进口温度在800℃左右，由于风筒的内径比较小、结构相对简单，桶内设置一层薄薄的内衬，其使用寿命更长，循环倍率为15倍。

2 循环流化床锅炉低排放技术的应用

2.1 CFB脱硫技术

煤中含有的硫成分，按照在空气中是否可以燃烧分为两种：第一种是可燃硫；第二种是不可燃硫。CFB锅炉中可燃的硫的产物是二氧化硫，这部分硫包括硫单质、有机硫等，占到煤中硫总含量的90%；第二种硫成分在空气中无法燃烧，可以在一定温度下以硫酸钙的形式稳定存在。下面介绍几种常见的脱硫工艺：（1）炉内干法脱硫技术。通过向CFB锅炉中加入碳酸钙来控制二氧化硫的排放量，该脱硫技术的步骤是首先碳酸钙在高温下分解为二氧化碳和氧化钙，氧化钙与二氧化硫反应生成固体硫酸钙，然后将生成的硫酸钙和炉渣、飞灰一块排出锅炉，最终达到了去除硫的目的。（2）CFB-FGB半干法脱硫。锅炉内煤燃烧后出来的烟气，流入循环流化床脱硫塔，经过喷水降温，使烟气的温度降低近15℃左右，然后加入水、各种吸收剂、脱硫灰等，经过一些化学反应，生成了固体硫化物，最终达到降低烟气中硫物质的含量的目的。（3）采用石灰石-石膏湿法进行脱硫。该脱硫工艺采用的是石灰石脱硫剂，可以向硫物吸收塔中喷入吸收浆液，使这些物质与烟气进行充分接触，达到对烟气过滤的作用，二氧化硫与强氧化空气及浆液发生反应，生成硫化钙水化物，可以有效吸收煤化物中硫成分。以上三种脱硫方法各有优缺点，具体的比较如表1所示。

通过对上述表格的分析可以得出采用第二种脱硫工艺，可以将脱硫的效率提升到90%以上，可以实现除尘和脱硫共同开展，与此同时为了满足二氧化硫和烟尘的排放限额，在容量高于300MW的火电机组普遍采用第二种脱硫技术。采用第三种脱硫工艺的脱硫效率最高，为95%以上，但是不足之处是采用这种技术可能会增加火电厂的建设成本，有关部门需要根据具体的情况去选择。实际中，有些地区要求CFB锅炉机组的综合脱硫效率高达98%，那么采用单一的脱硫方法就无法达到低排放的要求，因此，迫切需要寻找一种效率更高的方法，目前，可行的办法是采用锅炉内干燥的方法和烟气脱硫工艺的结合，以达到对煤中的硫含量深度脱去的目的，且调节的手段更加灵活、可靠，最终可以满足国家的相关规章规范。

2.2 CFB脱硝技术

循环流化床锅炉在燃烧中会生成大量的氮氧化物，氮氧化物的量与燃料的温度及空气系数有关系。经过检测发现锅炉燃烧中产生的氮氧化物分为两种：第一种是燃料型；第二种是热力型。第二种物质的产生正比于锅炉的温度，即温度越高产生的氮氧化物越高。CFB锅炉内炉膛的温度要比煤粉炉的温度略低，因此产生的第二种氮氧化物较少。下面详细介绍第一种氮氧化物生成的主要步骤：第一步，燃烧过程中含有氮化物的固体物质受热以后，会逐渐分解为氨气或HCN，将随着鼓入的空气释放出来。第二步，生成的部分氨气或HCN在氧气的作用下转化为氮氧化物，氮氧化物的转化率和生成量取决于炉膛内的燃烧温度，当温度比较高时，氮将以一氧化氮或二氧化氮的形式释放出来，若此时炉膛内的温度较低，则氮化物将残留在灰渣中。基于这种原理，可以除去粉尘后的风机出口处的烟雾送入锅炉一次风机地点，吹入炉膛进行二次燃烧，送风管的规格为720×5，且在吹风机出口汇合处添加阀门，用以调节风量的大小，改造完成后可有效控制循环流化床锅炉内的温度，使其稳定在900°左右，按照发电厂使用煤的质量等级，可以计算出燃烧煤以后产生的氮氧化物浓度，排放的浓度低于200 mg/m3。endprint

2.3 CFB粉尘检测升级改造

众所周知，烟气中含有的粉尘会对环境造成十分严重的危害，因此，对粉尘的监测仪器实行升级对测量粉尘含量有非常大的帮助。以前普遍采用的是国产LDM-100型激光粉尘仪，该仪器通过测定射入烟气中的光强和射出烟气的光强进行对比，达到对排烟管道、粉尘的浓度等实时测量的目的。这列粉尘的监测范围在0～100之间，然而，实际监测中受粉尘颗粒的影响比较大，导致监测的精度不是十分理想，且对于湿度比较大的烟气测量更加不准确，因此，采用该监测方法无法满足监测的要求。为了解决这类问题，2013年我国引入PM-1820WS型低粉检测仪，该仪器工作原理与激光粉尘完全不同，针对烟气中水分含量较多，导致结露问题的出现的情况，有很好的作用，通过拌热的探头将烟气进行抽取，干燥情况下对粉尘的浓度进行监测，可以有效避免水汽对结果的影响，能够比较精确地测量出饱和情况下的烟气粉尘的含量。采用该仪器设备后，测量粉尘的浓度更加精细，使得排放的烟雾粉尘量能够满足相关标准，对环境改善有较大的帮助。

3 案例分析

以某电厂的机组为例进行说明，为了响应国家的《煤电节能减排升级和改造行动计划》，该电厂根据流场模拟的结果和测试数据对喷射系统进行了改造，增加了喷枪的数量，炉内的燃料采用分级燃烧和多段控制策略，对燃烧设备如风帽、受热面、返料仓等进行改造，并采用了高效的脱硫技术，有效降低了氮氧化物及硫化物的排放量。表2为改造前后机组的参数。

4 结语

总之，采用CFB锅炉不仅在燃料方面有较强的适应能力，而且可以有效降低污染物的排放量，为此，在电力企业中被普遍采用，随着国家环保要求的不断提高，对CFB锅炉进行下一步改造显得十分重要，在CFB锅炉中引入脱硝和脱硫排放，并深入分析二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等污染气体的生成条件，将为后续的污染物治理实现超低排放奠定坚实的基础。

参考文献

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