循环流化床锅炉的烟气处理分析

魏赓

湖南瑞昂电力工程有限公司 湖南长沙 410000

自从中国改革开放以来，国内经济种类逐渐偏向技术化，工业化。工厂主要驱动力为电力和热力，而这两样能源来源于煤炭，2000年全国氮氧化物排放量为121万万吨，到2005年增加到191万万吨，年增长10%。当前，我国以煤炭为主要能源来源现状依然持续，氮氧化物排放量逐年递增，严重威胁大气环境及生物健康[1]。

1 城市循环流化床热水锅炉发展现状

燃煤工业锅炉一般用于工业生产和采暖，大多数为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低，是主要的大气污染源。根据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014，当前，重点地区燃煤工业锅炉执行：氮氧化物＜200mg/m3、SO2＜200mg/m3、烟尘＜30mg/m3特别排放限值。随着燃煤电厂发电机组烟气超低（即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物、SO2及烟尘排放浓度分别不高于50、35及10（5）mg/m3）升级改造的基本结束，仅次于燃煤发电的第二大煤烟型污染源——燃煤工业锅炉，将成为烟气超低治理的下一个主要对象。

燃煤工业锅炉按照出口工质的不同，分为蒸汽及热水锅炉。循环流化床燃烧技术是20世纪70年代末发展起来的清洁煤燃烧技术。在800-900℃下，燃烧稳定[2]。加入一定粒径的石灰石颗粒，石灰石中的碳酸钙分解成高孔隙率的氧化钙，进而吸收燃料燃烧生成的SO2。在此温度范围内，氮氧化物的生成量较低，另外，循环流化床锅炉对煤种适应性强，适合燃用劣质煤（如褐煤）。因此，近年来，CFB（循环流化床）在大中型燃煤工业锅炉上得到越来越多的运用。

2 循环流化床锅炉的烟气处理分析

2.1 选择性催化还原烟气脱硝工艺

（1）选择性催化还原脱硝工艺的原理。选择性催化还原工艺是在一定的温度范围内和相应催化剂的作用下使用NH3做还原剂，有选择性地与烟气中的氮氧化物进行反应，形成没有危害的水和氮气，从而使烟气中氮氧化物的排放量降低的脱硝技术。

（2）选择性催化还原脱硝工艺的优缺点。选择性催化还原工艺技术相对比较成熟，脱硝率可以高达90%以上，是目前世界循环流化床锅炉烟气脱硝工艺的主要方式[3]。这种工艺的缺点就是运行和日常维护的成本相对比较高，从而限制了其在循环流化床锅炉中的应用。

（3）选择性催化还原脱硝工艺的流程。循环流化床锅炉的炉床温度大约在900℃，烟气温度在280-420℃。等锅炉内烟气的温度降至300-420℃时引出烟气，送至脱硝反应器，在反应器的烟道进口处和烟道进口上的喷出的氨进行混合，或者在空气混合器的帮助下实现充分混合，再经过烟道内的静态混合器确保其以达到充分混合后经烟道进入选择性催化还原反应器中的催化剂层，在催化剂表层发生化学反应生成氮气和水，从而除去烟气中的氮氧化物。经过脱硝处理后的烟气，通过出风烟道流回至余热锅炉或者流经其他装置设备，等烟气温度逐渐下降至符合排放温度标准后，就可以通过烟囱放入空气中[4]。

2.2 同时降低SO2和NOX排放技术

通过前面脱硫脱硝方法的介绍，可以看出煤中燃料硫和燃料氮的反应存在着密切的联系，循环流化床锅炉生成的SO2和NOx此消彼长，控制排放需要进行综合考虑，保持排放量处于一个相对平衡且达标的区间，具体的措施主要有：

（1）合理控制锅炉氧含量，控制过剩空气系数α在1.10-1.20之间。

（2）优化控制二次风量，通过分配二次风的比例，实施分段燃烧，一般将二次风量控制在总风量的30%-40%，实现炉膛内分层分段燃烧。

（3）低温低氧燃烧，根据循环流化床锅炉低温燃烧的特性，结合低氧燃烧可以降低SO2和NOx生成，但会使N2O和CO增加，所以床温控制在在800-900℃之间为宜。

（4）选择合适的Ca/S比，通过分析和计算的方式，针对不同煤种含硫量，适宜调整脱硫剂的投放量，从而优化排放。

2.3 灰石-石膏湿法脱硫工艺

以石灰石为脱硫吸收剂，通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液，使之与烟气充分接触、混合，对烟气进行洗涤，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及鼓入的强制氧化空气发生化学反应，生成CaSO4·2H2O，达到脱除SO2的目的；该法由于是气液反应，所以脱硫效率高，可以达到95%以上。氨法脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产物为可以出售的硫酸铵化肥，但该化肥是否适合用于本案例中的当地土壤还有待考证，且该法所用吸收剂存在氨逃逸的问题，其运输和储存等方面存在较高的风险。双碱法脱硫工艺是利用氢氧化钠溶液作为脱硫剂，脱硫产物可还原成氢氧化钠后再利用。该法技术成熟，脱硫效率可达90%以上，适用于中小型锅炉，对本案例（116MW循环流化床热水炉）运用业绩很少。干法脱硫以循环流化床脱硫塔为核心，通过喷水降温，使烟温降至高于烟气绝热饱和温度15℃左右，烟气中的SO2与消化后的CaO及循环脱硫灰充分混合，进行脱硫反应；由于大部分的CFB锅炉均配备炉内喷钙脱硫系统，而炉内喷钙脱硫后的飞灰中CaO含量较高，一般在10%以上，所以当脱硫装置入口SO2浓度较低时，循环流化床干法可以充分利用飞灰中的CaO，进行二次脱硫[5]。

综上所述，近年来，循环流化床锅炉由于反应温度和燃烧方式，已然成为一种环保型锅炉。在工业生产中被广泛应用，通过前面的分析可知循环流化床锅炉SO2和NOx的产生过程和生产运行过程中的相互影响，对不断完善锅炉烟气处理的技术方法，提高对锅炉SO2和NOx排放浓度的有效控制有积极作用。