大型循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫脫硝燃燒優(yōu)化調(diào)整分析

王溫杰

（中海油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

在實(shí)際應(yīng)用中，循環(huán)流化床鍋爐（CFB）具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，通過合理地控制爐膛溫度以及分級(jí)燃燒可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)降低NOx排放的作用。但在現(xiàn)階段的應(yīng)用中，煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)還沒有得到有效的推廣，大多仍處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段，技術(shù)尚未成熟，仍需要進(jìn)一步結(jié)合CFB鍋爐清潔燃燒的相關(guān)特點(diǎn)，從技術(shù)理論分析角度加以優(yōu)化調(diào)整。

1 大型循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫燃燒工藝的優(yōu)化調(diào)整

在循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫燃燒工藝中，目前主要應(yīng)用煙氣脫硫（FGD）這一大規(guī)模商業(yè)化脫硫方法。結(jié)合其脫硫原理來分析，在實(shí)際脫硫過程中該方式主要利用堿性物質(zhì)作為脫硫劑（吸收劑），對(duì)SO2進(jìn)行吸收，然后經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成亞硫酸鹽，并在亞硫酸鹽的基礎(chǔ)上通入氧氣將亞硫酸鹽氧化為形態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的硫酸鹽。目前，我國(guó)大型的火電廠煙氣脫硫中主要采用爐內(nèi)燒石灰石的脫硫方式，采用該脫硫方式能夠提升整體脫硫效率，但與此同時(shí)，該方式也存在一定的缺點(diǎn)，其系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、占地較大，還需要較高的投資成本。

在脫硫反應(yīng)中，以石灰石作為脫硫劑為例，主要固硫機(jī)理如下：

CaCO3（煅燒）→CaO+CO2溫度為800～1 000℃

在這一過程中，循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，因而自身可以滿足對(duì)爐內(nèi)煙氣脫硫的溫度條件，而在此過程中，爐外的脫硫裝置一般采用石灰石的制粉、存儲(chǔ)以及輸送的系統(tǒng)。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，經(jīng)過循環(huán)流化床鍋爐的脫硫運(yùn)行，爐內(nèi)廢氣中污染物指標(biāo)明顯下降，一般都能達(dá)到SO2排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，在實(shí)際的爐內(nèi)脫硫過程中，脫硫效率的變化還受到脫硫劑的特性及粒度、床層溫度以及鈣硫比等因素影響。

1.1 脫硫劑與床層溫度

在脫硫劑的選擇上，部分具有高多孔性組織且地質(zhì)年代不長(zhǎng)的石灰石通常會(huì)對(duì)SO2具有更高的反應(yīng)活性，所以在實(shí)際脫硫操作中通常會(huì)傾向于選擇含有較高氧化鈣且煅燒后具有較好孔隙結(jié)構(gòu)的石灰石作為脫硫劑。較好的孔隙結(jié)構(gòu)指的是經(jīng)過高溫煅燒后，能夠在脫硫劑內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的分布均勻合理的大孔、小孔結(jié)構(gòu)。既能夠通過小孔促進(jìn)脫硫反應(yīng)表面積的增大，促進(jìn)初始反應(yīng)速度在短時(shí)間快速提升；也能借助大孔降低氣體的實(shí)際擴(kuò)散阻力。除此之外，石灰石的粒度以及粒徑分布也是影響爐內(nèi)脫硫效率的重要因素。理論上來說，偏小的脫硫劑粒度可以在一定程度上增大脫硫效率，減小對(duì)NOx的刺激，但與此同時(shí)，也必然會(huì)縮短石灰粉在爐內(nèi)停留的時(shí)間，導(dǎo)致部分石灰粉隨煙氣流失，無法充分發(fā)生吸收反應(yīng)。另外，過小的粒徑還會(huì)使磨制系統(tǒng)的能耗增加。因而綜合以上分析來看，在循環(huán)流化床鍋爐中需要將脫硫劑（石灰石）的粒徑控制在0.15～0.5mm。

此外，反應(yīng)中床層溫度也會(huì)對(duì)脫硫效率產(chǎn)生一定的影響，具體影響分析如下表1。

表1 床層溫度對(duì)脫硫效率的影響

經(jīng)過實(shí)踐分析來看，850～900℃的床層溫度，能夠更好地提升燃燒效率，達(dá)到脫硫標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 鍋爐循環(huán)效率

除了脫硫劑的選擇與床層溫度外，影響脫硫效率的重要參數(shù)還包括循環(huán)效率。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，增大的循環(huán)倍率會(huì)促使飛灰再循環(huán)，進(jìn)而延長(zhǎng)石灰石在床內(nèi)停留時(shí)間，促進(jìn)脫硫劑效率的提升。簡(jiǎn)單概括來說，爐內(nèi)脫硫技術(shù)需要合理的提升循環(huán)效率，進(jìn)而通過爐內(nèi)脫硫促進(jìn)其燃燒更加清潔高效、低污染，既降低了用電消耗與運(yùn)行成本，更避免了二次污染。

2 大型循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硝燃燒工藝的優(yōu)化調(diào)整

通過長(zhǎng)期的實(shí)踐來看，在使用CFB鍋爐的過程中，不采用附加NOx控制技術(shù)，已經(jīng)可以在一定程度達(dá)到比較理想的排放標(biāo)準(zhǔn)了。然而，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，環(huán)境治理壓力不斷加大，現(xiàn)行環(huán)境排放法規(guī)日漸嚴(yán)格的社會(huì)環(huán)境中，就要求燃煤鍋爐必須要進(jìn)行煙氣脫硝。

從現(xiàn)階段的脫硝技術(shù)來看，通常采用的主要有兩類商業(yè)化煙氣脫硝技術(shù)：其一是選擇性催化還原（SCR），其二是選擇性非催化還原法（SNCR）。在實(shí)際應(yīng)用中，前者SCR脫硝系統(tǒng)的脫除率通常能夠達(dá)到90%，但是由于壽命問題以及該技術(shù)應(yīng)用的昂貴催化劑導(dǎo)致整體的投資過大，因而難以實(shí)現(xiàn)廣泛推廣與應(yīng)用。而后者SNCR脫硝工藝通常需要應(yīng)用于850～1 000℃的條件，相對(duì)位置通常在CFB鍋爐爐膛出口部分（或分離器進(jìn)口）。采用SNCR脫硝工藝的原理主要是將氨氣、尿素稀溶液等還原劑噴入爐膛，在高溫下還原劑會(huì)迅速熱分解出NH3進(jìn)而與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O，達(dá)到脫硝的目的。在這一反應(yīng)中，CFB 鍋爐提供了非常有效的還原劑噴入點(diǎn)以及混合反應(yīng)器，能夠強(qiáng)烈擾動(dòng)分離器內(nèi)的煙氣，并使煙氣停留1.5～3s，進(jìn)而利用提前噴入的還原劑與煙氣之間迅速而均勻的混合?？梢哉fCFB鍋爐獨(dú)特的燃燒方式為噴氨脫氮提供了極佳的反應(yīng)條件，進(jìn)而促進(jìn)脫硝效率的有效提升。在應(yīng)用SNCR脫硝工藝的具體操作中，脫硝效率通常取決于反應(yīng)溫度與氨氮化學(xué)計(jì)量比等相關(guān)因素。

2.1 反應(yīng)溫度

通過在實(shí)踐中反復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果表明，在脫硝工藝操作中，由于NH3初期的消耗速度較低且能滿足后期動(dòng)力的擴(kuò)散需求，所以在反應(yīng)區(qū)溫度為900℃時(shí)，脫氮效率最高。而在氨氮比固定的條件下，以氨水為反應(yīng)劑，設(shè)定730～950℃的溫度區(qū)間，脫硝效率達(dá)到最高；而在溫度高于950℃后，則采用尿素效率最好。

2.2 氨氮比的確定

通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析表明：氨∶氮=1.5∶1（或1.6∶1）、900℃的反應(yīng)條件下脫硝效率最高。但是伴隨氨氮摩爾比的增大，會(huì)導(dǎo)致還原劑逃逸率提升，使其中的NH3與SO3反應(yīng)產(chǎn)生（NH4）2SO4，容易堵塞空預(yù)器。另外，循環(huán)灰中所含有的Fe2O3、CaO、Fe3O4等還能夠?qū)H3還原N2O、NO的反應(yīng)起到一定的催化作用，因而在混合反應(yīng)器中循環(huán)灰的濃度越高，就會(huì)使氣固多相反應(yīng)越劇烈，降低NOx排放量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨現(xiàn)階段對(duì)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，進(jìn)一步采取優(yōu)化措施促進(jìn)脫硫脫硝效率的提升將是全球低污染排放的必然趨勢(shì)。而對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來說，由于其特殊的結(jié)構(gòu)與燃燒方式，再加上爐內(nèi)脫硫以及脫硝技術(shù)工藝的聯(lián)合應(yīng)用，將能夠達(dá)到深度煙氣凈化目的，促進(jìn)循環(huán)流化床鍋爐實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型發(fā)展。