简析循环流化床锅炉超低排放技术研究

简析循环流化床锅炉超低排放技术研究

武晓峰

苏晋朔州煤矸石发电有限公司 036800

摘要：随着近年来社会各界对环保问题的高度重视，我国政府对发电、化工等重污染性行业发展过程中的环保管理工作提出了更高的要求。基于此，本文在简要阐述循环流化床锅炉组成结构，分析其超低排放技术研究背景的基础上，从脱硫和脱硝两个层面出发对其超低排放技术的理论基础进行概述，最后对循环流化床锅炉超低排放技术的实践应用进行探讨，以供参考。

关键词：循环流化床锅炉；超低排放技术

1循环流化床锅炉结构阐述

发电、化工等行业中广泛使用的循环流化床锅炉，普遍为采用自然循环运转方式的单锅筒式结构。此类锅炉的整体结构由前部竖井和尾部竖井两部分组成。其中，前部竖井采用悬吊结构设计形式，四周由膜式水冷壁组成。竖井自上而下，由一次风室、密相区、稀相区依次连接而成；尾部竖井采用支撑结构设计形式，由8根钢柱支撑锅炉全部重量。尾部竖井自上而下，依次由高温过热器、低温过热器、省煤器、预热器连接而成。循环流化床锅炉主要使用煤和矸石两种燃料，运转时采用床下点火分级燃烧的方式，一次风比率通常控制在50%~60%之间，中温分离灰渣排放为干式排放，灰渣经由水冷螺旋出渣机、灰冷却器、除尘器灰斗排除。炉膛通常采用流化速度在3.5~4.5m/s的湍流床且膜式壁管上铺设有高铝制砖。此结构设计可确保使用任何一种燃料时，锅炉的燃烧效率都可达到98%以上。

2循环流化床锅炉超低排放技术研究背景概述

近年来我国对清洁能源开发、利用的重视度不断提高且获得了较为显著的发展成果，能源结构也由煤炭为主逐渐开始向多元化转变，但未来一段时间内，煤炭消费依然会是能源消费的主体，燃煤发电依然是国家电力生产的主要形式。为更好地落实新时期火力发电厂“节能减排”、“绿色环保”的转型发展目标，需要相关技术人员，以国家最新规范标准和指导意见为导向，加强循环流化床锅炉超低排放技术的科研力度，在保证生产效率的同时，进一步降低大气污染物的排放量，以此实现社会经济与自然环境的和谐发展。

3循环流化床锅炉超低排放技术的实践应用

3.1脱硫质量的控制

为保证循环流化床锅炉超低排放技术的实践应用效果，在烟气脱硫环节，技术人员需要明确FGD脱硫效率的影响因素，并针对影响因素制定科学的应对处理措施，以此保证FGD的脱硫效率，最大限度消除烟气中有毒有害的硫氧化物（SOx），确保循环流化床锅炉达到超低排放标准。根据科研人员的实验探究，发现以下因素对FGD的脱硫效率具有直接影响。

3.1.1钙硫摩尔比

研究表明，FGD的脱硫效率随钙硫摩尔比的增加而提高。由于，燃料中的硫含量基本固定，所以在脱硫过程中，需要通过控制钙基脱硫剂（石灰石、生石灰、熟石灰等）的掺入量来调整钙硫摩尔比，以便获得更高的脱硫效率。需要注意的是：钙基脱硫剂的掺入量并不是越多越好，实际操作时还要注重经济性的考虑，据科研人员测算，当钙硫摩尔比在1.5~1.7之间时，既能够保证较高的脱硫效率，又具有良好的经济性。

3.1.2脱硫剂细度和活性

脱硫剂的细度和活性对FGD的应用效果具有决定性的影响。实验表明：若脱硫剂颗粒太粗，脱硫反应过程中，脱硫剂颗粒表面会生成CaSO4，由于CaSO4的分子量远大于CaO，所以其会阻止烟气中的硫氧化物与颗粒中心区域的CaO进行更全面的反应，从而降低脱硫效率；若脱硫剂颗粒过细（粒径＜75μm），则气固分离器难以将脱硫剂颗粒有效捕捉并送回炉膛，导致脱硫剂无法得到充分的利用。根据科研测算和实践验证，脱硫剂的颗粒粒径宜控制在0.2~1.5mm之间。在活性方面，钙含量、其他成分含量、破碎特性、煅烧后的孔隙结构、地质年龄等因素均会影响钙基脱硫剂的活性，进而影响脱硫效率。对此，技术人员可从两方面进行控制：一方面必须从正规途径、厂家采购钙基脱硫剂，确保产品质量与活性；另一方面钙基脱硫剂送达后，必须对其活性指数进行科学检测，确认达标后方可入库使用。

3.1.3床温

由于FGD中的脱硫反应有其最佳的化学反应温度（860~880℃），所以，床温也是影响脱硫效率的一个重要因素。由科研人员根据科学实验绘制的“床温－脱硫效率”关系曲线可以清楚地看到，当床温较高或较低时，FGD脱硫率明显下降，因此，想要确保循环流化床锅炉达到超低排放标准，应尽可能将床温控制在最佳化学反应温度区间内。具体实践过程中，需要根据燃料类型、运行经济性等因素科学控制床温。

3.1.4物料滞留时间

炉膛内物料滞留的时间越长，则脱硫反应的有效反应时间便越长，从而反应更加充分，脱硫效率更高。实践经验表明，循环倍率、流化风速、石油焦颗粒、电除尘飞灰回燃循环等因素均会影响物料在炉膛的滞留时间。因此，在应用FGD的过程中，生产技术人员需要在综合考虑多方因素的基础上，对上述生产技术参数进行科学控制，以此保证物料达到最佳的滞留时间，获得最佳的脱硫效率。

3.2脱硝质量的控制

同样，为保证脱硝处理的质量和效果，技术人员需要明确SNCR/SCR脱硝效率的影响因素，并针对影响因素制定科学的应对处理措施，以此保证技术应用效果，最大限度消除烟气中有毒有害的氮氧化物（NOx），确保循环流化床锅炉达到超低排放标准。以SNCR为例，根据科研人员的实验探究，发现以下因素对其脱硝效率具有直接影响。

3.2.1反应温度

SNCR对化学反应温度具有较为严苛的要求，因此，反应温度便是影响SNCR脱硝效率的一个核心因素。根据科研人员的研究分析，SNCR中脱硝反应的最佳温度范围为850~1100℃，相关研究数据表明：若反应温度＜850℃，则脱硝反应速度较慢，反应不够充分，容易出现“氨逃逸”现象，不仅氮氧化物处理效果不理想，还会产生二次污染；若反应温度＞1100℃，则NH3会被氧化为NO，反而增加NOx的排放量。由此可见，为获得最佳的脱硝效果，确保循环流化床锅炉达到超低排放标准，应用SNCR时应尽可能将反应温度控制在最佳范围内。

3.2.2氨氮比

从SNCR技术原理（反应方程式）上来看，还原1mol的NO需要1mol的NH3，但这只是理论上的数据关系，实际情况中，受还原剂扩散、反应持续时间等多种因素的影响，还原1mol的NO所需的NH3要多于1mol。基于反应平衡的角度，固定反应温度下，反应的平衡常数不会改变，因此，当NH3浓度提升时，平衡会向右移动，从而使NO的脱除效率得到提升。基于反应动力学的角度，当反应物浓度提升时，反应速度会加快，因此，当反应持续时间不变时，能够一定程度上增加NO的脱除效率。根据科研人员的测算，SNCR的最佳氨氮摩尔比为1~2。若氨氮摩尔比＞2，则会导致反应不完全，会有一定的NH3随烟气排放到大气中，造成二次污染。

4结语

综上所述，循环流化床锅炉超低排放技术的研究和实践，是现代工业绿色化发展的必然趋势，是落实“双碳”目标的重要举措。根据相关研究，发电、化工等行业企业应明确循环流化床锅炉超低排放技术的核心技术原理，并掌握脱硫、脱硝环节具体的质量控制要点，以此保证循环流化床锅炉的烟气脱硫脱硝处理质量，确保循环流化床锅炉达到超低排放的技术标准。

参考文献：

[1]张茂龙，李陟峰，徐振伟，等.大型循环流化床锅炉超低排放技术应用研究[J].锅炉技术，2019(6):8.

[2]宋小俊.循环流化床锅炉超低排放技术研究[J].资源节约与环保，2019(7):28.