内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司煤矸石热电厂 内蒙古鄂尔多斯 017000
摘要：2017年6月13日，环保部发布《关于征求钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准等20项国家污染物排放标准修改单（征求意见稿）意见的函》（环办大气函[2017]924号），对钢铁、焦化、有色、火电、建材等行业大气污染物排放标准提出了更严格的要求，其中不乏涉及平板玻璃、水玻璃等行业的高温烟气治理领域。
关键词：循环流化床；锅炉；烟气脱硫
引言
循环流化床燃煤锅炉作为一种具有显著低氮燃烧特征的锅炉类型，在工业生产中具有广泛应用，对其烟气脱硫的研究具有显著意义。
1锅炉脱硫原理
燃料在循环流化床锅炉高温悬浮燃烧后经熔融、冷却生成表面疏松多孔的炉渣，即燃料中的Ca-CO3、MgCO3、Al2（CO3）3、Na2CO3等在炉床经过900～980℃高温燃烧后分别生成CaO、MgO、Al2O3、Na2O等碱性氧化物。由于燃料燃烧时需要大量的空气，同时有部分空气进入煤中释放热量后逸出，因此炉渣表面形成孔隙率达50%～60%的多孔结构，炉渣比表面积较大、表面能高，并具有一些活性基团。炉渣中含有以CaO为主的多种碱性氧化物，经水浸泡后溶出的碱性氧化物对酸性气体SO2、CO2、NOx等具有一定中和、吸附能力。以炉渣中含量较多的氧化钙为例，氧化钙与二氧化硫、二氧化碳的化学反应分别生成亚硫酸钙、碳酸氢钙，其化学反应方程式为：
CaO+SO2=CaSO3；CaO+CO2+H2O=Ca（HCO3）2
亚硫酸钙透气性强，水分子可自由通过，吸附力高，其脱硫过程如下：
CaCO3+SO2+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2↑
Ca（OH）2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
CaSO3·1/2H2O+SO2+1/2H2O→Ca（HSO3）2
由于烟气中有过剩的氧，会发生如下反应：
2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2H2O
同时，根据Freundlick吸附公式：lgm=lgK+lgp（式中m为吸附量，p为吸附压力，K、n为经验常数，K值越大对SO2的吸附能力越强）。通过进行的炉渣吸附SO2的吸附性能研究获知，炉渣的吸附能力随SO2气体压力提高而增加，随吸附温度的升高而降低。炉渣的化学吸附能力主要取决于炉渣中Si－O和Al－O活性基因，它们能与吸附质化学链或离子发生结合，从而产生吸附。因此，炉渣碱性氧化物固有的中和、吸附性，能有效降低锅炉烟气中SO2的含量。
2项目概况
锅炉容量为1065t/h，机组最大连续负荷300MW，满足现有超低排放标准，出口SO2浓度折算后小时均值控制在35mg/Nm3以下，机组负荷150MW（50％）时，两台浆液循环泵运行，300MW时三台浆液循环泵运行，PH值控制在5.2-5.6。
3优化循环流化床锅炉烟气脱硫运行策略
3.1烟气系统优化
（1）进气方式选用合适的角度，入口烟道采用向下倾斜的方式。
（2）在烟气入口处的合适位置安装导流板，让气流的分布更加均匀，降低压降。
（3）膨胀节要选择柔性好、无反推力的非金属材质，避免烟道因高温扩展出现位移情况。
3.2二氧化硫吸收系统优化
3.2.1脱硫塔内部气液传至和分布情况
吸收塔直径优化的关键是综合考虑脱硫塔内部的传质和气液分布情况。在烟气流速小的情况下，烟气流速的增加速度大于压降的增加速度，随着烟气速度持续增加，会出现液泛情况。因此，在设计吸收塔直径时应根据吸收剂液滴的大小设置烟气的速度值，通常设置为喷淋塔内部发生液泛时的50%-80%。
3.2.2除雾器优化
①除雾器选型优化。折流板型除雾器在垂直放置时，设定折流板支间的数值为20-70mm，控制烟气流速为2-3m/s；在水平放置时，控制烟气流速为6-10m/s。波形板除雾器是通过液滴惯性力而对其进行分离。在气流速度固定的情况下，大体积液滴拥有更大的惯性会出现分离现象。临界分离粒径是除雾器能力的重要指标，其数值越小表示能力越强。
②烟气的流速和其在脱硫喷淋塔中滞留时间优化。除雾器的优化要充分考虑烟气流速和在脱硫喷淋塔中的时间长短等因素，通常设定其高度为7m-10m之间。另外，为减少脱硫浆液进入烟道，第一层脱硫喷淋层高度设为3m-3.5m，各喷淋层间距设为2m-2.5m，可使烟气在脱硫塔有充分停留时间以去除二氧化硫。
③除雾器冲洗优化。冲洗时应清除雾器的固体残渣和残留浆液，避免出现结垢和堵塞，否则会增加烟气流动时阻力，降低脱硫效果。可将第一层冲洗水的流量设定为1L/s·m2，第二层冲洗水的流量设定为0.34L/s·m2。
3.2.3喷淋层计算选型优化
①喷淋层的设计选型。目前喷头材质主要是玻璃钢材质和碳钢材质。前者耐磨性好、耐化学腐蚀但硬度较低，只用来制作对硬度要求不高的支管。碳钢材质硬度高，可用来制作关键管道如支撑梁。
②喷淋层安装布置优化。应确定喷嘴在塔内的具体位置，根据提供的管径情况、喷嘴和支管的距离来设计，防止脱硫浆液冲刷塔壁，造成吸收塔泄漏。
③喷嘴款式选择优化。脱硫塔喷嘴需具备耐磨和耐腐蚀的特性，应为螺旋式或锥切形。大口径的设计可避免喷嘴出现堵塞和结垢，使得气液充分接触，提升雾化效果。
3.3运行过程优化调整措施
3.3.1优化炉内脱硫效率
①床温控制。锅炉床温会对脱硫剂的使用产生影响，当锅炉床温小于800℃时或大于870℃时，都不利于发生脱硫反应，降低脱硫效率，所以锅炉床温应控制在800℃-870℃之间，才能使脱硫剂发挥最佳状态，从而保证脱硫剂效果。
②充分利用炉内脱硫特性。炉内脱硫之后烟气会有活性氧化钙的存在，可通过降低吸收剂的使用量、有效利用活性氧化钙的方式来进一步脱硫，少用甚至不用吸收剂即可完成脱硫要求，降低脱硫成本。
③物料滞留时间控制。炉膛内烟气中的二氧化硫与氧化钙有效反应时间越长，脱硫效果越好。因此，要合理控制流化风速、循环倍率、烟气速度等参数。
3.3.2优化锅炉装置废水处理
①可将废水处理系统的中间槽换为第二个浓浆槽，增加石膏浆液的反应时间，充分结晶石膏颗粒，提升压滤机的工作效率。
②要注意对沉淀池进行清理，降低污水颗粒物的数量，提升废水处理效率。
③排污泵保持常开，若出的渣过稀（全是水）则停止出渣。每天必须把转鼓过滤机冲洗干净。排污泵和供浆泵需轮换使用，不能一直开其中一个，更不能在没打开阀门的情况下开启泵（其他泵同理）。
3.3.3环保方面优化策略
湿法脱硫是工业脱硫推广的工艺，但面临的最大问题是可能无法很好的适应将来的环保趋势。
1）湿法对重金属及二恶英脱除效率是很低的，此外还会有大量的三氧化硫排向大气。最新的环保要求已经加入了对重金属汞的脱除要求，下一步极有可能要加强对二恶英的排放要求，湿法工艺要满足环保趋势，必须再增加价格不菲的湿式电除尘器；
2）目前国家许多地区已开始要求湿法烟羽脱白，必须要加GGH换热器；
3）湿法的废水处理现在是一个难点，许多企业的原有污水处理系统无法接收脱硫废水，目前通用办法是增建蒸发塔，将脱硫废水打入高温烟气蒸发处理，但污染物其实转移到了煤粉灰当中，如果国家政策进一步严格规范要求，需新建处理系统难度大，投资及处理费用都很高。
半干法排烟温度高，无烟羽；无废水产生，并且可以有效脱除二恶英，但主要问题是脱硫效率低，一般可以稳定在93%，如果燃烧高硫煤种，单靠烟气尾部脱硫可能无法满足现有环保要求，需配合炉内脱硫。
活性焦法是可以完全满足现行环保要求及将来环保趋势的。但是活性焦法在释放塔需要稳定热源持续加热，如有可燃废气比较可行，其余加热方案运行费用非常高。所有以目前活性焦法在冶金行业推广较好。
结语
总之，对循环流化床锅炉烟气脱硫工艺的研究有利于促进循环流化床锅炉烟气脱硫工艺的技术水平与脱硫效率的提升，推动我国工业生产与生态环境保护同步发展，具有十分积极的作用和意义。
参考文献：
[1]赵宇，宋春然，宁国东.循环流化床锅炉深度脱硫系统性能分析与优化建议[J].内蒙古电力技术，2016，34（05）：40-43.
[2]李少华，王虎，董文华，王旭宏，史鸿君.锅炉运行工况对循环流化床烟气脱硫效率影响的实验研究[J].电站系统工程，2011，27（03）：5-8.
[3]孙士莉，闫宪兵.440t/h循环流化床锅炉烟气脱硫的运行优化[J].煤矿现代化，2010（01）：66-67.