王溫杰

（中海油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

在實際應(yīng)用中，循環(huán)流化床鍋爐（CFB）具有非常顯著的優(yōu)勢，通過合理地控制爐膛溫度以及分級燃燒可以在一定程度上實現(xiàn)降低NOx排放的作用。但在現(xiàn)階段的應(yīng)用中，煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)還沒有得到有效的推廣，大多仍處于實驗室或中試階段，技術(shù)尚未成熟，仍需要進一步結(jié)合CFB鍋爐清潔燃燒的相關(guān)特點，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SO2進行吸收，然后經(jīng)過化學反應(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)相對穩(wěn)定的硫酸鹽。目前，我國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，該方式也存在一定的缺點，其系統(tǒng)相對復雜、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)具有相對穩(wěn)定的溫度場，因而自身可以滿足對爐內(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、存儲以及輸送的系統(tǒng)。通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，經(jīng)過循環(huán)流化床鍋爐的脫硫運行，爐內(nèi)廢氣中污染物指標明顯下降，一般都能達到SO2排放標準。此外，在實際的爐內(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)年代不長的石灰石通常會對SO2具有更高的反應(yīng)活性，所以在實際脫硫操作中通常會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脫硫反應(yīng)表面積的增大，促進初始反應(yīng)速度在短時間快速提升；也能借助大孔降低氣體的實際擴散阻力。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NOx的刺激，但與此同時，也必然會縮短石灰粉在爐內(nèi)停留的時間，導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)中床層溫度也會對脫硫效率產(chǎn)生一定的影響，具體影響分析如下表1。

表1 床層溫度對脫硫效率的影響

經(jīng)過實踐分析來看，850～900℃的床層溫度，能夠更好地提升燃燒效率，達到脫硫標準。

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。通過實踐經(jīng)驗表明，增大的循環(huán)倍率會促使飛灰再循環(huán)，進而延長石灰石在床內(nèi)停留時間，促進脫硫劑效率的提升。簡單概括來說，爐內(nèi)脫硫技術(shù)需要合理的提升循環(huán)效率，進而通過爐內(nèi)脫硫促進其燃燒更加清潔高效、低污染，既降低了用電消耗與運行成本，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

通過長期的實踐來看，在使用CFB鍋爐的過程中，不采用附加NOx控制技術(shù)，已經(jīng)可以在一定程度達到比較理想的排放標準了。然而，在社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，環(huán)境治理壓力不斷加大，現(xiàn)行環(huán)境排放法規(guī)日漸嚴格的社會環(huán)境中，就要求燃煤鍋爐必須要進行煙氣脫硝。

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）。在實際應(yīng)用中，前者SCR脫硝系統(tǒng)的脫除率通常能夠達到90%，但是由于壽命問題以及該技術(shù)應(yīng)用的昂貴催化劑導致整體的投資過大，因而難以實現(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，相對位置通常在CFB鍋爐爐膛出口部分（或分離器進口）。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，在高溫下還原劑會迅速熱分解出NH3進而與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O，達到脫硝的目的。在這一反應(yīng)中，CFB 鍋爐提供了非常有效的還原劑噴入點以及混合反應(yīng)器，能夠強烈擾動分離器內(nèi)的煙氣，并使煙氣停留1.5～3s，進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鍋爐獨特的燃燒方式為噴氨脫氮提供了極佳的反應(yīng)條件，進而促進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)溫度與氨氮化學計量比等相關(guān)因素。

2.1 反應(yīng)溫度

通過在實踐中反復試驗的結(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力的擴散需求，所以在反應(yīng)區(qū)溫度為900℃時，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

通過實踐經(jīng)驗分析表明：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，會導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，就會使氣固多相反應(yīng)越劇烈，降低NOx排放量。

3 結(jié)束語

綜上所述，伴隨現(xiàn)階段對大氣污染物排放標準的提高，進一步采取優(yōu)化措施促進脫硫脫硝效率的提升將是全球低污染排放的必然趨勢。而對于循環(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，將能夠達到深度煙氣凈化目的，促進循環(huán)流化床鍋爐實現(xiàn)環(huán)境友好型發(fā)展。