循环流化床锅炉超低排放技术研究

洪卫林

摘要：随着煤炭工业的不断发展，循环流化床锅炉技术也在不断创新和完善。探索循环流化床锅炉节能环保新工艺，已成为煤炭工业研究的重要课题。结合传统炉内脱硫技术和湿法、半干法脱硫工艺，探讨了循环流化床锅炉二氧化硫近零超低排放的途径。实现SCR和SNCR两种脱硝工艺与选择性催化还原超低近零排放工艺的联合应用，并对湿式电除尘器进行了分析利用，有效地控制了循环流化床锅炉的粉尘排放，实现了超低近零排放。对CFB锅炉的超低近零排放技术进行研究，有利于高硫劣质煤的加工利用，有利于煤炭工业的可持续发展。

关键词：循环流化床锅炉;二氧化硫;超低排放;组合脱硫

引言：

发电企业的高污染排放是制约电力行业健康持续发展的重要因素。电力行业的核心问题是节能减排。近几年来，“超低排放”和“近零排放”成为各地区火电行业发展的主流。火力发电厂排放污染物的质量浓度标准如下：SO2浓度小于35mg/m3，NOx浓度小于50mg/m3，烟尘浓度小于5mg/m3。传统的循环流化床发电系统只能依靠石灰石脱硫和低温分级燃烧两种方式进行烟尘控制。为实现这个目标，必须进一步发展低排放技术，尽量达到近零排放，实现最优减排和污染减排，推动热电厂健康持续发展。

1.    燃煤电厂超低排放技术

1.1  超低排放脱硫技术

火力发电厂燃烧煤炭时，会产生大量的SO2，伴随着锅炉烟气。二氧化硫是一种重要的大气污染物，它能够改变土壤和水的酸性，形成酸雨，对生态环境造成严重破坏。另外，对人体的呼吸道粘膜和眼睛也会产生强烈的刺激，导致喉和肺水肿，声带痉挛，窒息等症状。煤超燃脱硫技术主要包括煤的超燃、煤的超燃、煤的脱硫等洗涤和煤气化技术;（2）燃烧脱硫，将石灰石粉和其它固硫剂固硫注入炉内，使之与之结合，使之脱硫。烟气脱硫的方法有半干法、干法和湿法三种。半干法制备有循环流化床干燥、旋喷制干。采用吸附、脉冲电晕等离子体、电子束照射、荷电干喷法、炉内喷钙、湿等干燥方法。清洗法，氨吸法，柠檬酸盐法，石灰石（石灰）-石膏法等。

1.2  超低排放脱硝技术

虽然热电厂占全国总发电量的82%，但由于热电厂的燃料性质、锅炉燃烧温度、锅炉空气过载系数和燃料在燃烧区停留时间等因素，热电厂的发电能力，使火力发电厂的NOx污染严重。氮氧化物是大气中的重要污染物，在大气中可转化为氮氧化物和氮氧化物，是大气中的主要污染物之一。燃煤电厂需要不断加强氮氧化物的排放控制，脱硫脱硝技术可用于促进超低排放。火力发电厂目前普遍采用的四种超低排放脱硝技术是：（1）以低氮燃烧装置和空气分级机为核心的高效低氮燃烧技术，综合考虑煤质、燃烧器等因素，利用燃烧过程中产生的氨基中间产物，抑制或减少NOx的产生;（2）SCR脱硝装置提高效率，主要是通过使用效率较高的催化剂，（3）SNCR+SCR联合脱硝技术，也就是在锅炉高温区（850-1100℃）直接喷入硝基脲等还原剂，实现脱硝;（4）臭氧脱硝技术，即在脱硫塔烟气中直接注入臭氧还原剂，与氮氧化物发生反应，从而实现脱硝。

1.3  超低排放除尘技术

烟尘是火力发电厂的主要大气污染物之一。根据2011年环境统计年度报告，2011年全国废气中烟（粉）尘的总排放量达到1278.8万吨，其中以中型燃煤电厂排放总量最多。火力发电厂烟尘排放与粉煤灰含量、锅炉类型及烟气控制技术等有关。烟粉尘排放过多，会对环境造成复杂的毒物污染，同时也会给人类健康带来极大的危害。为了解决燃煤电厂粉尘排放问题，国家还要求电厂在“十二五”期间实施超低排放除尘技术改造。现有的超低排放除尘技术主要有电除尘器、布袋除尘器。前一种结构占地面积大，设备复杂，能耗高，对粉尘比电阻要求高。所以它的适用范围是有限的。袋式除尘器运行平稳，除尘效果好，操作维护方便，适应于气流变化的粉尘。为此，火力发电厂多采用超低排放除尘。

2     CFB锅炉脱硝技术

2.1  SNCR

这种方法的操作程序简单，效率高，成本低，但又与温度有很大的关系。煤粉炉脱硝效率只有30%，还原剂渗透率大，与烟气混烧，反应时间短。因CFB锅炉在低温燃烧时初始排放浓度较低，导致锅炉的热性能和燃料NOx性能急剧下降。在850℃范围内进行CFB锅炉旋风分离器的SNCR反应。烟气在旋风分离器中的流动路径较长，扰动幅度较大。还原剂与烟气可以快速混合，还原剂在反应区停留时间长，脱硫效果好。

2.2  SCR

利用SCR工艺对循环流化床锅炉进行脱硝，脱硝率可达80%以上。本工艺主要应用于循环流化床锅炉电除尘前，使用高灰煤时，由于粉煤灰的磨蚀性和有害物质的影响，容易催化剂中毒，脱硝效率低。SO2与氨气逸出反应生成SO4。物料粘度高，容易粘附在催化剂上，将催化剂与烟气隔离，使反应无法正常进行，导致尾部空气预热器堵塞。因此，可以合理地控制催化剂的壁厚和间距，有效地控制氨的逸出，可满足高灰分条件下声波吹灰要求。在反硝化和近零排放处理中使用SNCR技术时，有时候SNCR技术本身不能达到最佳的近零排放。若氧化氮的质量浓度小于200mg/m3，而排放质量浓度大于50mg/m3，则该工艺的脱硝效率大于75%。通过SNCR和SCR的组合，将SNCR还原剂注入氨分离器，将SNCR尿素用于分离器的进口。利用SCR技术实现逸出氨与催化剂反应的研究，实现高效脱硝。将低成本SNCR和SCR技术结合在一起，脱硝效率高，符合CFB锅炉脱硝事业部的实施要求。为了满足当前环保要求，SNCR工艺先组装，SCR工艺再组装。除常规SCR装置外，大型CFB锅炉尾部还应预留“1+1”SCR催化剂的空间。当催化剂活性达不到要求时，可以在不增加活性的前提下，改善催化剂的环境保护性能。

2.3  SNCR和SCR两种脱硝工艺的联合应用

在介绍了SCR和SNCR两种脱硝工艺后，发现循环流化床锅炉烟气采用单一脱硝工艺，难以实现烟气中氮氧化物（NOx）的超低、近零排放。SNCR技术与SNCR技术相结合，既可将氨或尿素等氨基还原剂喷射到循环流化床锅炉烟气中，又可将逸出的氨与SCR技术的催化剂反应，实现深度脱硝。这使得SNCR的低成本优势与SCR的高效率相结合，达到了CFB锅炉对NOx超低排放的要求。

2.4  臭氧脱硝技术

该技术具有操作简单，反应时间短，反应速度快，对温度要求低，效率高，操作费用高，依赖性强等优点。该方法的原理是：臭氧发生器制备臭氧，臭氧氣体经配气装置均匀分布于烟气管段，烟气管段内设有烟气混合器，把臭氧与含氮氧化物充分混合，在烟气管段内发生氧化反应。烟中的NOx被氧化成NO2和N2O5，容易被吸收。脱硫塔吸收反应生成硝酸铵和亚硝酸铵;然后用硫酸盐进行浓缩，干燥，用作氮肥。

结束语

伴随着煤炭工业的不断发展，探索循环流化床锅炉深度脱硫、脱硝、除尘的新技术有着深远的意义和价值。采用炉内钙脱硫、湿法半干法脱硫、臭氧脱硝、SCR脱硝、SNCR脱硝、湿式静电除尘等综合技术，实现了烟气的超低、近零排放，促进了煤炭及碳素行业的可持续发展。CFB炉脱硫技术具有成本低廉的优点。对石灰石的活性、粒度、操作温度及配风方式进行优化，可不断提高脱硫效率。

参考文献：

[1]   李亚彬.循环流化床锅炉超低排放技术探析[J].内燃机与配件，2017（23）：159-160.

[2]   徐永振，邓毅，雷春环.循环流化床锅炉干法实现超低排放技术改造研究[J].通用机械，2017（12）：47-50+59.

[3]   何进崇.循环流化床锅炉超净排放烟气脱硫改造技术探讨[J].企业技术开发，2016，35（03）：170-171.

[4]   郑合飞，焦建忠.浅谈循环流化床锅炉脱硝超低排放技术路线[J].科技视界，2015（25）：100+143.