摘要：随着人们对环境保护认知度的加深，在环境保护和污染源排放控制方面的举措和力度在不断加强，燃煤发电企业受技术和设备等因素困扰，SO2等有害气体和物质排放一直备受关注，运用循环流化床（CFB）锅炉的超低排放势在必行。
关键词：CFB锅炉；SO2；超低排放；组合脱硫
循环流化床（CirculatingFluidizedBed，CFB）锅炉作为燃煤发电的主要设备之一，需努力提升SO2脱除效率以达到超低排放的要求。CFB锅炉不同于常规煤粉锅炉的主要特点是其能够添加石灰石进行炉内脱硫，这一方式具有实施设备简单、成本低廉等优势。但目前CFB锅炉的主要问题是脱硫效率不够高、石灰石利用率较低。实际CFB锅炉中，Ca/S摩尔比达到2.0时脱硫效率约90%，这一般无法满足超低排放的要求。目前CFB锅炉开始寻求采用尾部烟气脱硫的方式降低SO2排放浓度，这在当前CFB炉内脱硫效率不够高的现状下是可行的，但长远来看，仍然有必要寻找提高CFB锅内石灰石脱硫效率的方法，以充分发挥炉内脱硫的低成本优势。
一、提高CFB炉内脱硫效率的方法
（一）采用高活性石灰石
石灰石活性是影响其脱硫效率的关键因素，不同类型的石灰石，由于其煅烧产物CaO的孔隙结构存在很大差异其硫化效果不同。具有良好脱硫效果的石灰石，其煅烧产生的CaO具有较高的抗烧结能力，其孔隙呈开放状态，孔隙率大、比表面积适中、孔径分布合理，能够有效延缓CaSO4引起的孔口堵塞，避免硫化反应过早结束。因此，应用中应该注意对石灰石的筛选，采用热天平等设备对比不同石灰石的硫化反应效果，选择高活性石灰石。
（二）优化石灰石粒径分布
石灰石粒径是影响其脱硫效果的另一关键因素，太粗或太细的石灰石均不利于炉内脱硫。目前许多CFB机组的石灰石制粉系统因疏于管理而运行异常，生产的石灰石粉粒径分布不合理，极大的影响了其脱硫效果。因此运行中应定期测量石灰石粉的粒径分布，进行制粉系统优化试验，保证其运行在最优状态下。
（三）优化炉内脱硫运行温度
炉膛温度明显影响CFB的脱硫，一般运行中存在一个最佳脱硫温度，但该温度受炉型、煤种、石灰石特性、锅炉配风等多种因素影响。针对固定的锅炉，最好能够在煤种、石灰石、运行方式等发生变化后重新寻找脱硫最佳温度。但确定炉膛温度还应考虑炉内的燃烧状况，不能仅从脱硫角度考量，当脱硫与燃烧的最佳温度不匹配时，应当进行优化分析，确定能使机组综合效益最佳的温度点。
（四）优化锅炉配风
CFB的配风方式也会影响其脱硫效果。例如杨振森等人的研究发现下二次风与SO2排放量呈现如图1所示的关系，分析发现下二次风量增加能够降低床温，而床温降低间接提高了脱硫效果。
配风方式通过影响炉内密相区、稀相区氧浓度和温度等方式，间接影响石灰石脱硫，运行中要注意优化上下二次风调配，在提高燃烧效率的同时兼顾脱硫效果的改善。
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图1配风方式对SO2排放的影响
二、CFB锅炉两级脱硫方式与优化
（一）满足超低排放的CFB脱硫技术路线
由于当前对CFB锅炉单纯依靠炉内脱硫很难达到超低排放标准，CFB机组开始加装烟气脱硫装置，或通过炉内石灰石脱硫+烟气脱硫这种两级组合脱硫方式以进一步降低排放浓度。目前已经提出的两级脱硫方式包括“炉内脱硫+烟气湿法脱硫（Wet Flue Gas Desulfurization，WFGD）”、“炉内脱硫+烟气半干法脱硫”、“炉内脱硫+烟气干法脱硫”等。WFGD具有极高的脱硫效率，在煤粉锅炉上应用广泛，因此采用炉内脱硫+WFGD脱硫方式是高效、可靠的路径，缺点是需要建立一整套湿法脱硫塔和附属的废渣、废水处理系统，投资较高。“炉内脱硫+烟气半干法脱硫”工艺是在CFB锅炉后加装喷雾干燥吸收塔，将石灰石浆以雾化形式喷入吸收塔内，吸收SO2的同时，浆液的水分蒸发，形成固态颗粒，并被气候的除尘系统分离。
CFB的烟尘中含有大量未反应CaO，而“炉内脱硫+尾部增湿活化脱硫”工艺正是充分利用该部分CaO提高脱硫效率的方式。
在CFB后增设活化吸收塔，在塔顶喷入雾化水，烟气中的CaO与水结合形成Ca（OH）2，然后吸收SO2，这一方式具有高效、投资成本低、没有废水等优点。根据炉内脱硫效率和最终烟气排放浓度要求，可以采用飞灰排放和在吸收塔内再循环两种方式，后者能进一步提高石灰石利用率。
（二）CFB锅炉两级脱硫系统优化
炉内脱硫的效率与烟气二次脱硫效率的有机匹配能够降低二者的综合脱硫成本，因此寻找两级脱硫的最佳建设和运行策略是进行两级脱硫实施前应该进行的工作。在排放达标的前提下，采用怎样的二次脱硫工艺、炉内/烟气脱硫效率分别达到多高时系统综合成本最低，需要经过详细的计算和方案比对后才能确定，并且运行中组合脱硫的运行策略还需要根据实际燃煤硫含量、石灰石价格等因素进行确定。
三、CFB－CDF＋WFGD设计及运行情况
（一）设计参数
3台150t/h CFB锅炉设计煤种为神华烟煤，校核煤种为晋北烟煤；石灰石粒径不大于0.044mm，90%通过325目。考虑到煤种变化和煤含硫量波动，为保证SO2排放浓度稳定达到35mg/m3限值要求，按照正常情况下不投运CFB－CDF进行WFGD设计。
（二）建设情况
CFB－CDF采用常规设计，与WFGD共用石灰石储罐，CFB－CDF利用罗茨风机加压，通过炉膛前墙下部的两个石灰石入口，将粉状石灰石输入燃烧室，与SO2反应。WFGD采用“一炉一塔”设计方案，FGD塔型为喷淋塔，不设烟气－烟气换热器（GGH），不设置脱硫增压风机。
3台150t/h CFB锅炉脱硫系统于2017年7月20日通过72h+24h试运行，2018年4月17日通过环保验收。自投运以来，环保设施高效稳定运行，各项污染物排放浓度保持较低水平，全厂实现脱硫设备设施100%投运。
（三）CFB－CDF＋WFGD运行效果
经过两年多的运行实践，CFB－CDF＋WFGD总体运行效果稳定，其中CFB－CDF的脱硫效率在50%-60%，有效降低烟气露点，减缓低低温省煤器的腐蚀；WFGD的脱硫效率为96.5%-99.1%，在满足SO2达标排放且排放浓度小于20mg/m3的情况下，没有追求WFGD脱硫效率达到98%的设计要求。在不同锅炉负荷工况、不同煤炭含硫量情况下均能满足SO2达标超低排放，综合脱硫效率大于99%，为中小型CFB锅炉深度脱硫树立标杆。
CFB炉内脱硫具有低成本优势，可以通过石灰石活性、粒径、运行温度、配风方式的优化能继续提高脱硫效率。采用炉内脱硫与烟气的湿法脱硫、半干法、干法脱硫等相结合，以进一步降低SO2排放浓度，同时注意组合脱硫建设和运行策略额优化，是实现低成本CFB超低排放的可行之路。
参考文献：
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[3]吴优福.循环流化床锅炉SO2超低排放技术研究[J].洁净煤技术，2017，23（02）
论文作者:许庆林
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30