李寧　丁雪松　徐雨紅　趙新建　周必茂　王毅斌　楊浩

關鍵詞：循環(huán)流化床;氮氧化物;硫氧化物;粉塵;脫除

截至2016年，我國CFB鍋爐機組的總投運容量約1億kW，占火電裝機總容量的12%以上。截至2019年年底，我國已有超過40臺超臨界350 MW機組CFB鍋爐投運[1]。循環(huán)流化床鍋爐具備負荷調節(jié)性能好、燃料適應廣、燃燒效率高等特點。為了更好地了解該類型鍋爐運行性能與特點，本研究綜述了該技術的污染物排放水平、控制方法和多污染物協(xié)同脫除工藝特點，明確了影響污染物生成、排放和脫除行為的關鍵因素，為未來使用不同燃料鍋爐合理控制污染物排放提供一定的理論指導。

1循環(huán)流化床鍋爐特點

循環(huán)流化床鍋爐著火和燃燒穩(wěn)定，燃燒效率高，具有負荷調節(jié)性能好、燃料適應性好、氮氧化物排放少、灰渣綜合利用、脫硫效果好、燃燒熱強度較大以及節(jié)水等特點。但是循環(huán)流化床鍋爐用電量較大，在使用過程中，受熱面易磨損，且維修費較高。同時，較高N₂O排放是該技術發(fā)展的難題之一[2]。

2 不同因素對污染物排放的影響

2.1 氮氧化物

燃料型氮氧化物是該鍋爐氮氧化物的主要生成機理。

溫度提高10 ℃，氮氧化物的排放量增加1.5 mg/m³，床溫應該控制在900 ℃以下[3]。當鍋爐中煤粉的熱值增加時，NOx和SO₂排放濃度升高[3]。加入CaO有利于減少N₂O的排放，但是會增加NO_x的生成量。當氧氣含量增加時，NOx及N₂O的排放濃度都會增加。當氧質量分數大于2.6%后，N₂O的排放濃度增長較快。

2.2 硫氧化物

熱值高的煤粉含硫量比熱值低的煤粉高，同時升溫速率會逐漸提高[4]。鍋爐燃煤中的含硫物質受熱析出的硫與氧氣相遇會反應生成二氧化硫，同時，硫氧化物還通過硫酸鹽分解產生。當鈣硫比為1.5～2.0時，脫硫效率可達80%。脫硫效率在特定溫度時會達到最高，當溫度低于或高于特定溫度時，脫硫效率逐漸下降[3]。投入循環(huán)灰有助于降低床溫，減少脫硫石灰石含量，提高脫硫效率。

2.3 粉塵

飛灰和灰渣的產生量會隨著脫硫用石灰石添加量的增加而增加。劣質燃料作為我國循環(huán)流化床的主要燃料，一般情況下，燃料灰分不會低于30%，與煤粉爐相比，飛灰份額較低，但是單位體積煙氣的飛灰量一般比煤粉爐高1倍以上[3]。

3 多污染物協(xié)同脫除技術及其特點

3.1 傳統(tǒng)的聯(lián)合煙氣脫硫脫硝工藝

傳統(tǒng)的聯(lián)合煙氣脫硫脫硝工藝將SNCR加裝在旋風分離器進口，可實現(xiàn)聯(lián)合脫硫脫硝。這種分級治理的凈化工藝投資運行費用高，占地面積大[5]。

3.2 循環(huán)流化床干法脫硫除塵一體化工藝同時脫硫脫硝技術及其特點

脫硝溶液將NO轉化為NO₂，吸收劑中的Ca（OH）2與SO₂和NO₂快速發(fā)生化學反應。催化氧化吸收脫硝技術對重金屬和SO₂等大氣污染物的去除有高效的促進作用[5]。該工藝特點：（1）減少投資和運行費用;（2）脫硝效率超過68%，脫硫效率超過95%;（3）工況適應性強;（4）占地面積小、系統(tǒng)簡潔和運行可靠;（5）無廢水排放和二次污染;（6）啟停方便、高效節(jié)能;（7）提高脫硫效率;（8）輔助脫除重金屬等污染物[5]。

3.3 循環(huán)流化床半干法聯(lián)合脫硫脫硝脫汞技術的特點

循環(huán)流化床半干法聯(lián)合脫硫脫硝脫汞技術，將煙氣中的NO氧化為NO₂，NO₂和SO₂溶于水后和堿性吸收劑發(fā)生反應，完成脫硫脫硝。顆粒態(tài)的汞和二價活性氣態(tài)汞被脫硫除塵裝置去除，HgO需要先氧化為二價活性氣態(tài)汞，然后去除[6]。該技術特點：（1）脫硫功能與脫硝脫汞功能相互獨立;（2）利用外置分離器和循環(huán)流化床反應塔，通過相互結合的方式進行;（3）反應塔設置了外置分離器，以實現(xiàn)獨立的外循環(huán)，同時通過螺旋返料機調控外循環(huán)量;（4）采用干態(tài)進料的方式，同時占地面積小，投資和運行費用低;（5）在一個反應塔內完成脫硫脫硝脫汞功能;（6）靈活可靠[6]。

3.4 傳統(tǒng)濕法“超凈排放”技術的特點

傳統(tǒng)濕法“超凈排放”技術路線會產生Hg等重金屬、SO₃和脫硫廢水污染。同傳統(tǒng)濕法路線相比，“超凈排放”工藝留下了干法脫硫配套的“高效低溫氧化脫硝”接口，可以達到“NO_x接近零排放”;煙氣利用流化床將SO₂排放質量濃度降低至35 mg/Nm³，同時，該工藝能協(xié)同脫除SO₃、HCl、HF、Hg及重金屬等大氣污染物;最后設置布袋除塵器。該工藝不會產生廢水和二次污染。同時，亞微米級顆粒遇到霧化水，會因凝并作用長大，成為粗顆粒，被布袋除塵器去除。同時，SO₃等酸性氣體在流化床的作用下被脫除成脫硫灰，由布袋除塵器去除，避免了濕法脫硫形成的二次PM_2.5問題[7]。

3.5 循環(huán)流化床式的煙氣凈化裝置技術工作原理及特點

工作原理：（1）煙氣從反應塔底部進入，流過文丘里裝置后形成湍流;（2）再循環(huán)飛灰、冷卻水和氫氧化鈣進入反應塔，與煙氣中的多種酸性氣體發(fā)生反應;（3）煙氣中的灰塵和重金屬顆粒被除塵器捕獲，回到反應塔再循環(huán);（4）若煙氣中含有其他需去除的污染物，可將特定吸收劑和氫氧化鈣混合。因此，該技術具有很好的靈活性和適應性[8]。

特點：（1）反應劑氫氧化鈣等、再循環(huán)飛灰以及冷卻水可以充分混合;（2）反應劑的利用率很高;（3）耗水量低;（4）投資成本及運行維護費用低;（5）可靠性高;（6）易于控制;（7）占地面積小;（8）配置靈活;（9）可大型化[8]。

4 超低污染物排放的控制策略

在脫硫方面，90%機組采用石灰石-石膏法脫硫;煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝與新型脫硫除塵一體化工藝均采用半干法，一般用于老機組改造或中小機組，其脫硫效率在SO₂濃度較高時不理想;氨法脫硫起步較晚，但是該方法無二次污染、脫硫效率高、二氧化硫可以資源化利用，且氨法吸收速度遠快于鈣法，具有較為明顯的優(yōu)勢[9]。對污染物脫除工藝的優(yōu)先級進行分析，可以得到如下結果：

（1）SCR+余熱回收+CFB+除塵工藝，脫硫和脫硝所需溫度與煙溫匹配性好，但煙塵導致催化劑失活，阻力增加，需要定期解析催化劑。

（2）CFB+除塵+SCR+余熱回收工藝，可有效改善催化劑失活問題，但催化劑需要加熱，運行成本增加，需要加熱和低頻次催化劑解析。

（3）SDS+除塵+SCR+余熱回收工藝，改善了催化劑的失活和煙氣流動問題，但是當排煙溫度較低時，催化劑需要采用熱風加熱。工藝副產物無法回收利用，需要低頻次催化劑解析[10]。

5結語

循環(huán)流化床技術由于燃燒溫度較低，氮氧化物的產生量較少，同時具有節(jié)水、脫硫效率高、燃燒強度大等優(yōu)點，得到了廣泛使用。掌握其氮氧化物、硫氧化物和粉塵形成機理和影響因素，利用循環(huán)流化床半干法聯(lián)合脫硫脫硝脫汞工藝等污染物聯(lián)合脫除工藝，減少污染物排放，對國內燃煤污染物控制具有十分重要的現(xiàn)實意義。