（山西京玉发电有限责任公司 山西省朔州市 037200）
摘要：循环流化床（CFB）技术在固体燃煤的燃烧时更加清洁，排放污染少。但是针对现今的超低排放要求，该技术仍需要进一步的改进。文中通过对炉体的改造、烟气处置模块的优化，对设计超低排放型CFB锅炉的设计提出了一些有效的意见，以供从业人员参考。
关键词：循环流化床；超低排放；低能耗
1.引言
近年来，由于我国正处于城市化、工业化的重要节点，大量的能源消耗带来了严重的大气环境问题，因此我国对大气污染物排放的限制也日趋严峻。2014年，我国公布的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》通知，国内电厂所使用的燃煤机组需在2020年底前完成技术改造，以实现超低排放。所谓超低排放，是指通过末端治理技术，将燃煤锅炉运行中产生的大气污染物如烟尘、硫化物、氮氧化物排放浓度分别降低至5 mg/m3、35 mg/m3和50 mg/m3[1]。
目前我国使用的燃煤锅炉主要采用的是循环流化床技术(CFB)，该技术由芬兰的奥斯龙公司于上世纪七十年代在鼓泡流化床锅炉的基础上，添加了旋风分离器从而极大的提高了锅炉的热效率。这种技术有着燃料适性好、排放污染少、变负荷能力强等，是当今市面上最好的燃煤清洁利用技术之一。自上世纪90年代，我国的循环流化床锅炉数量逐年上升。截止到2016年底，据不完全统计，我国投入运行的循环流化床锅炉数量超过300台，已位列世界第一。虽然CFB技术对燃煤烟气排放的处置有着良好的效果，但仍难以实现我国的超低排放要求。从设计的角度上看，现行的CFB锅炉仍然存在着流化床温度偏高，对硫化物处置效率不稳定以及氮氧化物排放量大等问题，这制约了该技术在超低排放压力下的实际应用。为了达到超低排放的标准，众多企业不得不再使用CFB锅炉以外附加污染物处理设备，这无形中增加了运营成本。由此可见，亟需探索新的技术从经济和效率两方面入手达成超低排放的目的。
2.CFB锅炉脱硫技术
目前，很多地区的发电厂仍然在使用炉内脱硫的方法对燃煤进行脱硫处理，但其脱硫效率较低，仅为50%左右。研究表明，通过在锅炉内添加石灰石并控制流化床温度等方式，对硫的脱除效率可达到90%以上，所排放的硫化物浓度小于200 mg/m3，但是该方法的效率还远达不到超低排放的标准。因此，为了达到超低排放的标准，需要在CFB锅炉外实施2级脱硫[2]。
2.1 半干法脱硫技术
从目前的工程应用结果上看，半干法脱硫是一种值得考虑的技术。该工艺由吸收剂添加系统、循环流化床锅炉、分离器以及控制系统组成。在处理过程中，燃料燃烧所产生的烟气从锅炉下方的进风装置进入反应器，与石灰浆料相混合反应，除去其中的二氧化硫、三氧化硫、氯化氢和氟化氢等污染物，随后排除反应器进入分离器；在分离器中，处理后的烟气中的颗粒物会被分离器分离，重新回到反应器中循环，这种循环利用能够增强脱硫剂的利用率，减少使用成本，提高脱硫效率；此外，通过喷嘴向吸收塔喷入水的方式，可以增加尾气湿度，降低其温度，进一步提高处理效率；最后经过除尘处理的烟气，温度在75oC以下，无需再次处理即可排入大气。
2.2 湿法脱硫技术
针对硫化物烟气的处置，石灰石-石膏湿法处理效果更好。该方法主要是通过将CFB锅炉所排放的烟气经过脱硝、除尘处理后，通入湿法脱硫塔的方式，对硫化物进行更加深度的处理，相比于半干法处理，该工艺有着以下的优点：
（1）脱硫效率高，通过将CFB炉内脱硫和石灰石-石膏湿法脱硫相结合已经能实现对99%以上的脱硫效率，能够满足我国超低排放的需求。半干法由于烟气中存在的粉尘如煤种、石灰等的影响，使得在实际应用中的脱硫效率不稳定，难以达到国家标准。而湿法脱硫由于提前对烟气进行了净化除尘，保证了后续脱硫中的稳定表现。
（2）使用成本低。使用半干法脱硫技术虽然在初期的投入较低，但是在后期由于需要保证一定的硫钙摩尔比，需要消耗大量的脱硫剂，这使得其使用材料成本高于湿法脱硫工艺。此外，半干法脱硫也存在耗电量大的问题，而相比之下，湿法脱硫则有着良好的经济性。
（3）由于炉内脱硫的比例降低，石灰石-石膏湿法技术的应用能够使得CFB炉内的残渣被有效利用，从而实现高效降解的同时对新废弃物的处理。
（4）湿法脱硫工艺能够做到与烟尘的同步处理，极大的提高了对烟尘的净化效率，能够实现超低排放的要求，即烟尘排放量小于5 mg/m3。而相比之下，半干法脱硫则难以达到该水准。
综上可见，通过石灰石-石膏湿法工艺与CFB炉内脱硫的结合是实现超低排放标准的最优选择。
3.CFB锅炉脱硝技术
通常来说，CFB锅炉的氮氧化物排放量在200 mg/m3左右，需要在尾气处理系统中加装烟气脱硝系统以实现超低排放。目前常用的脱硝手段有非催化还原工艺（SNCR）和催化还原工艺（SCR）两种，通过加入外部氮源（如尿素、氨水等）的方式，将烟气中的氮氧化物还原为氮气。
3.1 SNCR工艺
SNCR工艺是一种在CFB锅炉的高温环境中（910 ~ 1150 oC）[3]，直接引入氮源对氮氧化物进行还原的脱硝手段，有着费用低，运行成本低的特点。但是该工艺对反应温度有着较高的要求，当反应温度高于1150 oC时，氨气会被氧化为NO，造成二次污染。而当反应温度低于820 oC时，对氮氧化物的还原效率又会大幅下降，直接导致氨的产量不断提高，造成了环境问题和安全隐患。由此可见，适合该反应的温度区间较小。但是由于CFB锅炉内部的温度并不一致，同时内部温度还会随着锅炉蒸汽量的改变而发生变化，导致锅炉内部对当氧化物的降解效率不同，并最终导致使用该工艺脱硝的效率偏低。
3.2 SCR工艺
SCR工艺是通过催化剂的作用，提高烟气中氮氧化物的降解效率。目前利用SCR技术已能实现80%以上的CFB锅炉烟气脱硝率，显示出了极大的应用前景。但是，该工艺在CFB锅炉的烟气处理上仍然存在着以下缺点：
（1）CFB所处理的燃料适应性较广，某些灰分较多的煤种能够在燃烧过程中产生较多的飞灰，这种大量存在的粉尘会使SCR催化剂快速失活，增加了运营成本。
（2）现有的CFB锅炉空间较为紧凑，难以改造，不利于SCR反应装置的布设。
3.3 协同脱硝技术
现有的调查发现，仅利用SNCR技术无法实现最佳的脱硝效果。通常的SNCR技术对烟气脱硝的效率最高仅为82%左右，难以达到超低排放的要求。而通过将SNCR和SCR技术联合起来，利用SNCR工艺对烟气进行预处理，并用过SCR技术进一步将尾气中的逃逸氨还原从而实现高效脱硝的目的。二者互相融合，取长补短，与现如今的环保要求相匹配，是实现超低排放的最佳选择。
4.CFB锅炉除尘技术
CFB锅炉除尘技术种类较多，具体可以分为静电除尘、水幕除尘、布袋除尘三类。静电除尘主要是通过高压直流电在电极间放电，使得通过的烟尘带电从而被电极板吸附收集、消除。水幕除尘装置则主要是通过喷淋碱性溶液的方式在除去烟气中SO2的同时，对烟尘进行吸附达到除尘的目的。而布袋除尘则是通过将烟气通过除尘器的导流板导入拥有丰富孔隙的除尘袋中实现烟尘消除的。目前，单纯利用某一种除尘方式很难实现对烟尘的超低排放处理。对此，可以使用三者复合的系统技术，例如将水雾与静电除尘相结合，利用电场的作用将水幕雾化，提高对烟尘的吸附，而后由于电荷的相互吸引，重新结合为大颗粒水珠，聚集粉尘离子，达到最粉尘的高效去除。
结束语：
基于前面的讨论可以得出，要达到超低排放的要求，当前的电力行业亟需对其现有的脱硫、脱硝、除尘工艺进行改进。对硫化物、氮氧化物等大气污染气体，需要针对性的采用高效的脱硫、脱硝工艺。譬如针对硫化物降解，可以采用“CFB炉内脱硫和烟气湿法脱硫技术”相结合的手段；而针对氮氧化物的处理，则可以通过SNCR和SCR技术的联用达成；针对尾气中烟尘的处理，可以采用静电除尘、水幕除尘和布袋除尘等复合除尘技术。这些新技术的开发和利用已经成为未来行业内的主要发展方向。
参考文献：
[1]兰凤春.480 t/h电站循环流化床锅炉烟气超低排放改造及效果[J].吉林电力,2020,48(01):47-50.
[2]白雪峰.锅炉与吹风气余热回收装置超低排放改造小结[J].中氮肥,2020(01):20-23.
[3]郭志远.循环流化床锅炉超低排放控制及运行优化[J].石油石化绿色低碳,2019,4(05):40-44.