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干货丨CFB污染物原始超低排放现状与展望

北极星电力网新闻中心  来源:循环流化床发电  作者:刘念  2017/3/15 16:20:03  我要投稿  

北极星火力发电网讯:近年来,我国大部分城市持续不断的严重雾霾深深的在人们的心里产生了挥之不去的阴影,也加深了人们对环保问题的广泛关注,环保部门出台了针对火力发电厂对大气污染物排放标准。近两年,“超低排放”、“近零排放”等概念在燃煤火电行业被提出并迅速推广。雾霾之下,锅炉原始污染物超低排放,对循环流化床锅炉的生存与发展提出了严峻的挑战。

(文章来源:微信公众号“循环流化床发电” ID:xhlhcfd 作者:刘念 司晓凤)

1 循环流化床概述

循环流化床锅炉(CFB)燃烧技术具有氮氧化物原始排放低、可实现在燃烧过程中直接脱硫、燃料适应性广、燃烧效率高和负荷调节范围宽等优势,已成为我国煤炭洁净燃烧方向的首选炉型。而且循环流化床锅炉技术已发展到一定水平,正往大容量、超临界、高洁净方向快速发展。总结循环流化床锅炉技术的最新进展,预测循环流化床锅炉技术未来的发展方向,对于推动循环流化床锅炉本身的技术进步、实现煤炭的清洁燃烧,降低污染物的原始排放以解决我国当前能源结构单一、环境污染严重等问题,具有重要的现实意义。

实现CFB超低排放,在尾部烟道固然可以安装烟气脱硫装置,同时增加SNCR脱硝装置也是目前新建机组的通常选择,但此方式不利于循环流化床锅炉良性发展。如何深入挖掘循环流化床锅炉自身优良的环保性能,降低锅炉自身的原始排放,适应我国严格的环保要求成为CFB技术进步的重中之重。清华大学的岳光溪院士在CFB协作网召开的第14届年会上宣布,经过该科研团队与太原锅炉集团有限公司深入合作对流化床锅炉技术应对超低排放的研究,在提出流态重构的基础上,又进一步优化床内流态,探索不同床质量对SO2、NOx等污染物排放的影响,既在基于流态重构的低床压节能型循环流化床锅炉基础上进一步提高床质量、减少总床存量、增加循环量,即通过流态二次重构,重整炉内氧化还原气氛,实现氮氧化物的超低排放与低钙硫比下的高炉内石灰石脱硫效率。在山东淄博力久实业股份有限公司1台220t高温高压CFB、江西理文化工有限公司1台560t高温高压CFB、淮安经济开发区热电有限责任公司1台220t高温高压CFB、长治市霍氏自备电力有限公司1台220t超高压CFB、浙江天马热电有限公司1台260t高温高压CFB等地多台流化床锅炉上的测试结果表明,SO2、NOx等污染物原始排放浓度完全可以控制在50mg/m3以下,甚至更低。目前,该团队正在进一步试验不同煤种情况下,该技术对污染物控制的效果,又一次走在了世界循环流化床技术发展的最前沿。

2 CFB脱硝

循环流化床锅炉自身的低温燃烧特性和空气分级供给燃烧方式对抑制氮氧化物生成十分有利,因为循环流化床锅炉产生的氮氧化物主要为燃料型,并且绝大部分来源于燃料中的挥发分氮。从宏观上看,在炉膛温度、运行风量以及一二次配风装置设计合理的情况下,循环流化床锅炉氮氧化物原始生成量的多少关键取决于炉膛下部还原性气氛的高度。C+O2→CO(低氧燃烧生成CO,保障还原性气氛)还原区越高,氮氧化物生成就越少。

还原区的高度主要取决于循环物料的粒径大小,物料粒径越细,还原区的高度就越高,还原性气氛就越好。流态二次重构实质上就是通过进一步减小循环物料的粒径,在锅炉炉膛下部更高的范围内构建了无梯度的分级送风、缺氧燃烧的新型气固流化状态,实现了基于床质量提高的氧化还原气氛重整,深度抑制氮氧化物的原始生成,从而实现NOx的超低排放。

基于新一代锅炉本身极低的氮氧化物原始排放性能,采用炉内SNCR脱硝就可满足所有煤种的氮氧化物超低排放要求。对于低挥发分煤种,锅炉氮氧化物原始排放直接达标,SNCR处于热备用状态即可。

3 CFB脱硫

循环流化床锅炉生成的SOx主要来源于燃料中。由于CFB内存在大量的超细循环物料,且主要成分除了碳以外为SiO2、Al2O3、TFeO、MgO[1]等碱性物料,外加850℃左右为脱硫反应的最佳温度[2],可以更充分地实现酸碱中和吸收固化SOx,根据不同厂家相同参数CFB燃用相同煤种满负荷运行时烟气中SOx含量与飞灰粒度和含碳量成正相关的现象,初步分析认定为循环物料粒径变细可以降低CFB原始SOx排放。

物料粒径变细、床质量提高以后,入炉石灰石就可以采用更细的粒径,在石灰石量不变的情况下,石灰石反应的比表面积成倍增加。同时,更细的物料粒径会带来颗粒团聚概率的大幅度增加,使得石灰石在炉内的停留时间大大延长,从而极大地提高炉内石灰石脱硫效率。

炉内脱硫剩余的氧化钙进入尾部烟道后,通过喷水消化为氢氧化钙,可以继续脱除烟气中剩余的二氧化硫,以废治废,低成本地获得更高的综合脱硫效率。实际运行时,对于低硫煤,炉内脱硫直接达标,半干法处于热备用状态;对于高硫煤,半干法利用炉内脱硫剩余的氧化钙,采用喷水增湿或投加少量吸收剂即可保证二氧化硫超低排放,从而避免了双碱法等设备复杂、运行成本高、故障率高等问题。

4 结语

如果对于大部分的煤种太锅清华团队的基于流态二次重构的超低排放循环流化床锅炉技术都有效的话,这就意味着即使不安装脱硫脱硝装置,循环流化床锅炉在我国大部分地区都是能够满足当地的环保要求。今后在热电和中大型火力发电行业,流化床锅炉机组可能将一改仅仅作为大型煤粉锅炉机组配角的地位,这将在流化床锅炉发展史上具有里程碑式的意义,为广大企业带来巨大的经济效益,为社会带来重大的环保效益,还祖国以碧水蓝天,清新空气。

文献信息

刘念,司晓凤. CFB污染物原始超低排放现状与展望[J]. 现代工业经济和信息化,2016,10:41-42.

原标题:CFB污染物原始超低排放现状与展望

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