循环流化床锅炉排放特性及脱硫方案研究

薛 君

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037001)

引 言

中国作为全球循环流化床锅炉数量最多的国家，对循环流化床锅炉的技术方面进行了很多的研究。研究结果表明，循环流化床锅炉虽然有着燃烧率高、适应燃料广泛、脱硫成本低、符合调节比大且快的特点，但受到排放特性的影响，其二氧化硫的排放量很难达到国家标准的环保要求。因此，如何从技术上控制循环流化床锅炉的二氧化硫排放量，实现超低排放，成为了现阶段燃烧污染控制工作者面临的新问题[1]。

1 循环流化床锅炉二氧化硫排放特性

为了深入研究循环流化床锅炉的排放特性，对B电厂1号锅炉、B电厂2号锅炉、F电厂与H电厂的循环流化床锅炉进行了石灰石炉内脱硫的效果检测，并分别记录了项目的发电功率、入炉煤硫质量分数、入炉煤低位发热量、入炉煤折算硫分、二氧化硫理论排放值、不投石灰石时二氧化硫排放值、Ca/S摩尔比、脱硫效率与投入石灰石时二氧化硫排放值进行了对比与分析，四个项目的石灰石炉内脱硫效果如表1所示。

由表1可知，对于H电厂300 MV循环硫化床锅炉而言，当Ca/S摩尔比等于4.95时脱硫的效率达到99%，同时对应的二氧化硫排放值为51 mg/m3。虽然Ca/S摩尔比较大，但煤的折算硫分相对较低，为0.32%，石灰石耗量约为入炉煤量的10%，因此，

表1 典型循环硫化床锅炉石灰石炉内脱硫效果

在经济上采用炉内脱硫技术也是可以接受的。而对于F电厂300 MV循环流化床锅炉而言，即使Ca/S摩尔比为3.65，且脱硫效率98.12%时，二氧化硫排放值为210 mg/m3。因此，采用炉内脱硫进行对折算硫分Sm=2.25 g/MJ的燃料的处理，其二氧化硫排放值已经不能满足环保标准的新要求。

通过对比分析可见，在循环流化锅炉的排放特性中，Ca/S摩尔比与二氧化硫的排放量成反比，Ca/S摩尔比增大，二氧化硫的排放量先剧烈减少，然后趋于缓慢。当Ca/S摩尔比到达2.5以上时，二氧化硫排放趋势不再明显；根据石灰石的不同，循环流化床锅炉的脱硫效率不同，高比孔容积与大比表面积的石灰石脱硫效果更好；随着过量空气系数的增加，二氧化硫的排放量逐渐降低；高硫燃料与低硫燃料的最佳脱硫温度分别是850 ℃与860 ℃左右。

2 建设循环流化床二级脱硫的必要性

为了更好地控制循环流化床锅炉的二氧化硫排放量，减少对环境的压力，现阶段对二氧化硫的控制方法除了在原燃料与清洁生产工艺方面改进，在炉内脱硫的基础上运用烟气脱硫等二级脱硫技术也是中国目前正在发展的实现循环流化床超低排放的方法之一。尽管使用燃料硫分很低的低热值燃料，但由于所需燃煤量巨大，如果只采用循环流化床锅炉炉内脱硫，在Ca/S的合理的控制范围内时只能保证80%左右的脱硫效率，与控制指标的要求不相符。而通过提高Ca/S的方式增加循环流化床锅炉的脱硫效率则会造成热量需求的增加，进而导致锅炉效率降低。另外，锅炉底渣中会存在大量没反应的氧化钙物质，增加了综合利用难度的同时还会形成燃料浪费的现象。

因此，为了增加脱硫工艺对煤种的适应性与稳定的脱硫效率，减少资源浪费情况的发生，使用循环流化床二级脱硫工艺是非常必要的[2]。

3 循环流化床锅炉脱硫方案研究

根据循环流化锅炉的排放特性，并结合实际的工作经验，进行循环流化床锅炉脱硫方案分析。

在炉内脱硫的基础上加之二级脱硫工艺，能够使Sm为1.1 g/MJ～2.5 g/MJ的燃料的炉内炉外脱硫效率在90%，综合脱硫效率甚至可达到99%，并且可控制二氧化硫的排放量在100 m3/mg以下。二级脱硫工艺流程图如图1所示。

图1 循环流化床锅炉二级脱硫系统及控制回路

为了更加有效地进行脱硫作业，可使用循环流化床二级脱硫系统中的烟气脱硫技术，采用半干法脱硫工艺对炉外脱硫工艺进行优化，即由循环流化床反应器与分离器、自动控制系统以及吸收剂添加系统组成的循环流化床烟气脱硫工艺。在循环流化床烟气脱硫工艺反应器的底部装有布风装置，下部装有返料口、石灰粉喷嘴、加湿水喷嘴，上部用于过渡与稀相。循环流化床烟气脱硫工艺反应器出口为分离器，装有用于分离反应器循环物料，并将物料送回反应器的回料装置与立管。在循环硫化床锅炉的布风装置处，锅炉空气预热器的烟气由此进入反应器，并保持循环流化的状态。经过压缩空气雾化的干石灰与水由反应器中央的两相流喷嘴进入反应器，二氧化硫、三氧化硫以及其他有害的气体与脱硫剂发生反应，并将反应产物通过烟气被排出反应器。而分离器中的固体物质返回循环流化床锅炉的反应器进行循环，多次的循环不仅能够延长脱硫反应实践，还能够提升脱硫剂的使用率。工艺水用喷嘴通过对吸收塔下部进行喷射，降低烟气的温度，最大限度将反应温度靠近水露点温度，提高脱硫的效率。最后，由除尘器对分离出来烟气和颗粒进行除尘，除尘后的烟气可直接排入大气[3]。当Ca/S摩尔比在2～3时，折算硫分Sm<1 g/MJ的燃料采用炉内脱硫，可保持脱硫效率在90%～97%，且二氧化硫排放量小于100 mg/m3；而对于折算硫分Sm在1.0 g/MJ～2.5 g/MJ的燃料则需采用二级脱硫工艺，脱硫效率可达到99%，每二氧化硫的排放量同样控制在100 mg/m3以下。由上述分析可见，根据实际情况选择合适的脱硫技术能够在最大限度上减少二氧化硫的排放量，实现超低排放。

现阶段，中国二级烟气脱硫设施安装总容量较少，仅占火电总装机量容量的2%，需要相关工作者从此现实需要出发，继续发展烟气脱硫技术，结合中国的环境污染现状与经济水平，研究开发更符合国情的二级脱硫技术。

4 结语

循环流化床锅炉采用循环流化床二级烟气脱硫工艺，对于减少二氧化硫的排放具有显著的效果，符合严格的环境保护新要求。现阶段新的社会形势下，过去的粗放性经济已经落后，环保才是保证企业生存与发展的基础问题，因此，各循环硫化床锅炉电厂应积极投入到超低排放的改造中去，响应可持续发展的战略，促进企业的进一步蓬勃发展。