摘要：随着国家对燃煤电厂、热源厂污染物排放要求的不断提高，超低排放已成为决定燃煤电厂、热源厂能否运行的关键指标。为此，全国成千上万燃煤电厂、热源厂投入大量资金加装除尘、脱硫、脱硝装置，对锅炉岛进行环保改造，这既增加了设备资金投入，又提高了锅炉岛运行、维护成本。如果燃煤锅炉初始烟气产生的污染物较少，甚至锅炉烟气初始排放就能达到超低排放要求，则燃煤电厂、热源厂投入的脱硫、脱硝、除尘设备就能大大减少，燃煤电厂、热源厂的经济效益就会明显提高。
关键词：超低排放；循环流化床锅炉；设计应用
1循环流化床锅炉超低排放技术的意义
我国的电力工业发展很大程度上受到火力发电带来的环境污染的影响。因此中国电力工业必须注重节能减排才能确保我国电力行业的健康持续发展。国家环保部颁布的相关规范标准中要求，火力发电厂的二氧化硫和氮氧化物排放量浓度须小于100mg/m3。对于折算硫分比较高的煤和挥发性较强的煤，则运用炉内脱硫和分级燃烧的工艺，但不少的循环流化床锅炉还达不到上述的排放要求，所以进一步研究脱硫和降低污染物排放的技术十分重要。
2循环流化床锅炉的排放特点
对已经投入使用的循环流化床锅炉进行调查发现，对于折算硫分小于1g/MJ的燃料，当其钙与硫的摩尔比在2-3之间时，脱硫效率可以达到95%左右，最高98%，部分循环流化床锅炉可达99%，对应的二氧化硫排放量在100mg/m3以下。循环流化床锅炉的运行温度最好控制在850-920度左右，过量空气系数1.05-1.12，确保低温燃烧和分级燃烧。在适当的运行参数下，通常循环流化床锅炉的氮氧化物排放量在70-200mg/m3，但也有部分挥发性较强的煤，氮氧化物排放量达到250mg/m3。
3超低排放循环流化床锅炉工程设计
3.1流化床床温设计
流化床床温的合理确定是循环流化床锅炉能否实现超低排放的重要基础。在超低排放循环流化床锅炉设计中，首先依据煤种、循环物料流态、受热面结构等确定合理的流化床床温。该床温既要满足炉内石灰石的煅烧要求，又要抑制ＮＯ的生成。流化床床温与流化床面积、收缩率、炉膛受热面积、物料燃烧热量分配、循环物料质量、风的配比等因素有关，工程上一般控制在８００～９００℃，以控制在８５０～８８０℃为佳。目前在役的常规循环流化床锅炉床温一般在９００℃以上。
3.2流化床和密相区还原气场设计
由于循环流化床锅炉烟气中ＮＯ形成主要集中在流化床和密相区，因此超低排放循环流化床锅炉必须在此相应设计一贫氧区，这样既抑制ＮＯ的生成，又可大量生成ＣＯ，使ＮＯ与ＣＯ发生化学反应，将ＮＯ还原成Ｎ２。炉膛内生成ＣＯ需要具备一定的燃烧温度、燃烧物料的表面积、含碳量和欠氧等条件。
3.2.1欠氧燃烧
循环流化床锅炉床上物料含碳丰富，气固混合强烈，温度较高，物料燃烧速度较快，如果此时减少氧气供给，物料燃烧后烟气中会生成大量ＣＯ。循环流化床锅炉床上氧气是由一次风提供的，减少一次风量就能减少供氧量。早期的循环流化床锅炉一次风占总风量的５５％左右，超低排放循环流化床锅炉一次风量占总风量的４０％～４５％，降低了１０％～１５％。
3.2.2低料层阻力
增加有效物料床存量，提高物料床质量是还原气场设计的必要条件。提高物料床质量，燃料颗粒表面积增大，可提高燃料燃烧速度，有利于ＣＯ形成，同时可以保证循环流化床锅炉运行时物料携带量，保证传热的需要。降低料层阻力，虽然减小了一次风量，但仍可保证物料正常流化，可以降低一次风机耗电量。循环流化床锅炉要实现低料层阻力运行，分离器的分离效率是关键。
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3.2.3提升二次风高度
循环流化床锅炉属于分段燃烧。为了确保物料燃尽、炉内传热，二次风以上炉膛部分氧量必须是过剩的。目前一般设计过剩空气系数为１．２～１．２５。提升二次风高度，拉大二次风与布风板之间的距离，可为ＮＯ和ＣＯ发生充分的化学反应留出足够的时间与空间。
3.3分离器设计
分离器是超低排放循环流化床锅炉的一个关键部件。一般要求分离器对分离物料切割粒径ｄ５０在１０μｍ以下，否则循环物料的床质量不能满足传热和循环燃烧需要。超低排放循环流化床锅炉必须对分离器进行优化设计。分离器的优化设计集中体现在分离器入口形状，流速，加速段、分离器直径，中心筒的形状与布置等。
4循环流化床锅炉的氮氧化物（NOx）超低近零排放技术
4.1选择性催化还原SCR脱硝技术
选择性催化还原SCR脱硝技术是利用还原剂并在催化剂的存在下，将烟气中的氮氧化物（NOx）还原成氮气（N2）和水（H2O），其中氮气和水都是对环境无污染、无危害的物质。该技术工艺在煤炭工业中的应用也较为成熟。然而，该脱硝技术一般可控制循环流化床锅炉烟气中氮氧化物（NOx）的排放浓度在200mg/m3，达不到氮氧化物（NOx）超低近零的排放要求。此外，一些挥发分较高的煤炭在利用选择性催化还原SCR脱硝技术进行锅炉烟气脱硝时，其烟气中氮氧化物（NOx）的排放浓度只能控制在400mg/m3左右，还远远达不到超低近零排放的新排放环保标准。因此，为了实现循环流化床锅炉的氮氧化物（NOx）超低近零排放要求，需要脱硝技术进行联合使用，以达到氮氧化物（NOx）超低近零的排放指标，进而实现循环流化床锅炉技术的进一步发展与应用。
4.2选择性非催化还原SNCR脱硝技术
选择性非催化还原SNCR脱硝技术是在没有催化剂的条件下，迅速喷入氨或尿素等氨基还原剂来与炉内烟气中的氮氧化物（NOx）发生氧化还原反应，进而生成氮气（N2）和水（H2O）。SNCR脱硝技术由于不需要催化剂使其技术操作简单，费用也相对较低。但是，该脱硝技术受温度因素的影响较大，同时如若还原剂与炉内烟气的混合不均匀也对其脱硝效率产生较大的影响。
4.3SCR脱硝技术与SNCR脱硝技术的联用
通过上述SCR脱硝技术与SNCR脱硝技术的介绍发现，单纯的采用一种脱硝技术对循环流化床锅炉烟气进行脱硝处理，很难达到烟气中氮氧化物（NOx）的超低近零排放要求。而采用SCR脱硝技术与SNCR脱硝技术的联用既可以在循环流化床锅炉内利用SNCR技术工艺将氨或尿素等氨基还原剂喷入与炉内烟气反应，又可以把逸出的氨利用在SCR技术的催化剂上进行反应来实现深度脱硝。这样可以把SNCR技术的低费用优势与SCR技术的脱硝高效率优势结合起来，从而实现循环流化床锅炉的氮氧化物（NOx）超低近零排放要求。
结论
综上所述，循环流化床锅炉在经过一系列改造后烟气排放可以达到符合国家出台的相关超低排放标准，且设备运行较为稳定。操作人员应在后期的工作过程中不断摸索出设备运行的最佳参数，使得循环流化床锅炉可以处于最佳状态运行，且排放标准满足现有超低排放标准中的具体要求。
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论文作者:郭奉超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：流化床论文; 锅炉论文; 超低论文; 烟气论文; 技术论文; 氧化物论文; 物料论文; 《电力设备》2018年第16期论文;