摘要：随着我国火电行业的快速发展，烟气排放标准的不断提高，国家对火电厂SO2的排放提出更高的要求，实现超低排放。CFB机组为满足SO2超低排放，许多业内人士开展了多方面深入的研究。本文根据现场调研和有关文献研究了3种脱硫模式的超低排放技术改造方案，并分别对其特点进行分析，为不同燃料和不同容量的CFB锅炉脱硫模式的选择提供参考。
关键词：CFB锅炉；超低排放；两级脱硫；湿法烟气脱硫
前言
循环流化床燃烧技术是近十年快速发展起来的洁净煤燃烧技术，具有广泛的燃料适应性，能够用于煤矸石、煤泥、中煤等低热值燃料同时包括生活垃圾及生物质燃料；采用分级配风和燃料流化燃烧方式，再加上炉内床温低，为干法固硫提供了良好的反应环境，而且灰渣利用有其独有特点。因此在我国得到了快速发展。但随着我国环保要求的不断严格，新的超低排放政策要求火电厂烟气中SO2排放浓度要求达到天然气燃气轮机排放标准，即SO2 ≤ 35mg/Nm3。越来越严格的污染物排放倒逼发电企业对现有污染物控制技术进行升级和改造。
1 CFB锅炉炉内脱硫特点
CFB锅炉燃烧技术是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触、并有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程，其主要特点有：
（1）能将大量高温固体物料通过旋风分离器分离出来重新送回炉膛燃烧，以维持燃烧室稳定的流态化状态，为燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应提供了条件，有利于提高燃烧效率和脱硫效率。
（2）CFB锅炉具有低温强化燃烧的特点，炉内温度远低于普通煤粉炉，约为850～900℃，这正是CaO与SO2反应的最佳温度范围。
（3）通过向炉内投入石灰石脱硫，减少了SO2向SO3的转化，避免了由于系统脱硝喷入的氨气与大量SO3发生反应生成硫酸铵等堵塞烟道和催化剂等。
因此，通过在CFB锅炉炉内添加石灰石，可直接脱除燃料燃烧产生的SO2，脱硫效率较高且经济性较好。上述脱硫工艺主要分为两步，首先是加入炉膛的石灰石受热分解形成CaO，然后是CaO与SO2发生反应生成CaSO4，主要化学反应式如下：
CFB锅炉直接在炉内加入石灰石脱硫，具有工艺简单，设备少，投资省，运行费用低等特点，但影响其效率的因素也比较多，如钙硫摩尔比（Ca/S）、床温、循环倍率、石灰石品质及粒径等，且炉内脱硫效率偏低。因此，在CFB炉外增加烟气脱硫装置，已成为目前大型CFB锅炉实现超低排放的主要选择。
2 CFB锅炉石灰石-石膏湿法联合脱硫方案
实现CFB锅炉两级脱硫，目前炉外常用的烟气湿法脱硫有三种[3]：
2.1 单塔一体化脱硫
脱硫塔是通过增加气液接触，即增加液气比提高脱硫效率。其系统工艺图如下所示：
图1 单塔一体化脱硫系统工艺图
采用烟气与浆液逆流接触方式在塔内一定高度布置多层喷淋层，每个喷淋层设置足够多的喷嘴，将浆液细密地喷淋到烟气区，覆盖整个气流流过界面，含SO2的烟气与石灰石浆液雾滴接触时，SO2被吸收。烟气中的Cl、F和灰尘等大多数杂质也在吸收塔中被去除。含有石膏、灰尘和杂质的吸收剂浆液部分被排入石膏脱水系统。同时，在吸收塔出口处布置除雾器用于去除由烟气所携带的水蒸气，以保证出口烟气中含水量达到最小。通过补充浆液将吸收塔浆液池pH值一般要控制在5.0～5.8之间，钙硫比一般控制在1.03～1.05之间，一方面利于SO2的吸收，另一方面可以生成较高品质的石膏。单塔一体化脱硫是石灰石湿法脱硫工艺最常用的脱硫塔模式，其脱硫效率高，可达97%以上，而且塔内部件少，结垢可能性小，阻力低，是湿法FGD装置的主流塔型。
2.2 单塔双循环脱硫
单塔双循环脱硫与单塔一体化脱硫工艺上有一定的区别，其工艺图如下所示：
图2 单塔双循环脱硫系统工艺图
单塔双循环脱硫工艺设有两级循环，两级循环分别设有独立的循环浆池和喷淋层，根据不同的功能，两级循环采用不同的运行参数。脱硫塔内托盘将脱硫区分隔为上循环脱硫区和下循环脱硫区，下循环段 pH值控制在4.5左右，完成预吸收及氧化亚硫酸钙过程，此级循环的主要功能是保证优异的亚硫酸钙氧化效果及充足的石膏结晶时间，提高石膏品质。上循环段pH值控制在6左右（石灰石相对过量），实现SO2高效吸收，此级循环实现主要的脱硫洗涤过程。这样在一个脱硫塔内形成相对独立的双循环脱硫系统，烟气的脱硫由双循环脱硫系统共同完成。
单塔双循环解决了石灰石溶解、亚硫酸钙氧化与 SO2吸收效率对pH值要求不一致的矛盾。下循环中，强化了氧化过程，浆液停留时间大大缩短；上循环中，由于石灰石浆液是直接加入到这一级中的，二级循环的pH值保持在很高的范围，有利于提高脱硫效率和石灰石利用率，钙硫比可降低至1.02。从有关投运的脱硫工程运行效果看，单塔双循环效率基本可以保证在 98% 以上，甚至可达到99%，但其投资要高于单塔单循环，为实现单塔双循环需要增加塔高与浆液池的面积，相应的也会增加氧化风机、增压风机和浆液循环泵的出力，提高厂用电率。
2.3 双塔双循环脱硫
双塔双循环脱硫系统是在单塔脱硫系统的基础上改造而来，其特点是可以增加烟气的循环次数，明显提高脱硫效率。工艺图如下所示：
图3 双塔双循环脱硫系统工艺图
双塔双循环在一级循环中可以除去烟气中易于除去的杂质，包括部分的SO2、灰尘、HCL等，使得杂质对二级循环的反应影响大大降低，提高二级循环效率，而且一级塔的浆液控制较低的pH值，有利于石膏的氧化，实现了颗粒的快速溶解，可以实现使用品质较差的石灰石并且可以较大幅度的提高石灰石颗粒度，降低磨制系统和氧化风机电耗。二级塔的浆液pH值较高，有利于SO2的吸收，可以保证很高的脱硫效率，高硫煤可以达到98.5%左右。石灰石浆液的流向为先进入二级循环再进入一级循环，两级循环的工艺延长了石灰石的停留时间。两个循环过程的控制是独立的，避免了参数之间相互制约，可以使反应过程更加优化，以便快速适应煤种变化和负荷变化。
3 结论
（1）我们应该利用好CFB锅炉本身带有的脱硫优势，并在发挥优势的基础上加大科技创新，实现超低排放。
（2）根据目前CFB锅炉炉内脱硫的情况，要实现超低排放，增加炉外烟气脱硫是必然的选择，但对于烟气脱硫方法的选择来说并不是一概而论的，以双塔双循环脱硫方式来说并不是对所有炉型和燃料最合理的选择。
（3）对于炉外烟气脱硫方式的选择来说，我们要以科学计算、合理分析为基础，根据实际情况，以参数保证工艺，其最终原则是在满足超低排放的前提下实现投入最少，经济最优。
（4）试想，如果CFB锅炉发挥不了其本身的优势，那岂不与煤粉炉无异？所以实现超低排放，我们的最终选择还是要以实际情况出发、分段计算、科学分析。
基金项目：山西省煤基重点科技攻关项目（MD2014-03）
参考文献：
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[2] 朱杰，谢百成，王德彬，罗娟.循环流化床锅炉采用两级脱硫实现SO2超低排放的探讨 [J].电力科技与环保，2010，04：38-40.
[3] 李娜.石灰石-石膏法单塔双循环烟气脱硫工艺介绍 [J].硫酸工业，2014，06：45-48.
[4] 谈琪英，彭方，彭红文，汤晓舒.CFB锅炉两级脱硫系统优化设计 [J].电力建设，2014，10：89-94.
作者简介：
何利昌（1986-），男，山西应县，硕士研究生，工程师，现在山西平朔煤矸石发电有限责任公司从事循环流化床锅炉环保技术及燃烧优化的研究工作。
论文作者:何利昌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/28
标签：双循环论文; 烟气论文; 石灰石论文; 浆液论文; 锅炉论文; 超低论文; 工艺论文; 《电力设备》2018年第29期论文;