循环流化床污染物的排放与控制

1、循环流化床污染物的排 放 与 控 制郑晓光 孙明杰罗 谦 洪长流概述 循环流化床锅炉燃烧技术是清洁煤技术中商业化程度最好的优选技术之一，其具有煤种适应性强、负荷可调节范围大、燃烧稳定、炉内燃烧时可添加石灰石实现低成本脱硫、分级燃烧能有效降低NOx、排放、灰渣可综合利用等优点。我国已经成为世界上拥有循环流化床锅炉数量最多、技术示范最多的国家。概述 当前，我国的经济增长与环境容量的矛盾日益突出，国家已出台更为严格的大气污染物排放标准，其中包括2011年明29日颁布的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)。新标准再一次大幅调低了燃煤发电厂烟尘、SOx, NOx等污染物的排放限值，并首次

2、提出了重金属汞排放限值低于30mg/Nm3循环流化床锅炉的污染物化石燃料燃烧排放的污染物 气体污染物（SOx、NOx、CO、HCl、HF）与粉尘 固体废弃物 污水 1. SO2的特性及其对环境的影响 （1）特性 无色、刺激性气体 与水蒸气在阳光催化作用下形成硫酸 （2）危害 危害生物和自然生态环境 腐蚀建筑材料及金属结构 2. NOx和N2O的特性及其对大气的影响 （1）NOx 1）NO（9095%） 特性：无色有毒气体、生存时间s级 危害：导致酸雨、形成光化学烟雾、造成臭氧层破坏、对建筑物和人体构成危害、诱发癌症的原因之一 2）NO2：浅棕色，有强烈刺激性 （2）N2O：无色有毒气体，温室效

3、应，NO的主要来源，破坏臭氧层 酸雨污染酸雨污染：酸雨中酸性物质绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于排放的SO2和NOX。改进燃烧技术，减少燃烧产生的SO2和NOX，对燃煤烟气进行脱硫脱硝，是控制酸雨形成的有效手段之一。 目前世界各国在削减SO2 排放方面取得了很大的进展，但控制NOX排放的成效尚不明显。我国锅炉我国锅炉SO2及及NOX最高允许排放标准最高允许排放标准锅炉类别适用区域SO2排放浓度mg/Nm3NOX排放浓度mg/Nm3燃煤锅炉全部区域1200900/I时段II时段I时段II时段燃油锅炉轻柴油、煤油全部区域700500/400其它燃料油全部区域1200900/400燃气锅炉全部区域1

4、00100/400污染物的生成机理及控制SO2的生成机理与影响因素 一、煤燃烧过程中SO2的生成机理1、煤中S的来源 （1）元素S（可燃） （2）有机S（可燃）：与C、H结合生成的复杂有机化合物 （3）无机S：黄铁矿S（可燃）和硫酸盐S2、生成SO2的途径 （1）铁矿S的氧化黄铁矿硫（FeS2）（2）有机S的氧化 （3）元素S的氧化二、煤燃烧过程中影响SO2析出的因素n1.颗粒在床内的停留t：tSO2转化率（S的分解）n2.炉膛T：随T升高而单调增加n3.过量空气系数：随增加，SO2生成浓度减少循环流化床锅炉脱硫 一、流化床燃烧脱硫机理1.脱硫方法：石灰石或白云石最为脱硫剂，在燃烧过程中分解成

5、石灰（CaO），在氧化性气氛下与SO2和O反应生成硫酸钙2.石灰石脱硫原理 （1）石灰石分解：原石灰石内自然空隙扩大 （2）石灰表面生成致密硫酸钙薄层：阻碍SO2进入并反应3.脱硫效率SO2被石灰石吸收的百分比max脱硫率最佳反应温度830 8704.综合指标Ca/S：Ca/SCa利用率二、脱硫效率及其影响因素1.循环流化床锅炉燃烧方式对脱硫的益处 （1）延长脱硫剂的停留t （2）在内、外循环中，脱硫剂颗粒被破碎形成新的反应表面 （3）炉、分离器内的均匀温度场（850）利于脱硫反应进行2.脱硫主要影响因素 （1）炉膛T（很大）影响脱硫反应速度、固体产物分布、空隙堵塞特性 （2）Ca/S2 3

6、（3）煤中含S量及脱硫剂颗粒粒径相同Ca/S下，含S量脱硫效率 石灰石粒径（反应表面积小）脱硫率 （4）脱硫剂反应性 （5）流化速度和床层高度 （6）RNOx和N2O的生成机理 一、NOx （NO、NO2）的生成机理 1.热力型N2在高温下氧化 （1）T1500，随T升高，按指数规律增加 （2）N2浓度 （3）O2浓度的平方根 （4）停留t 2.燃料型燃料中含有的氮化合物热分解，接着氧化 （1）挥发份N ：HCN、NH3 （2）焦炭N 3.快速型燃料燃烧时产生的烃（CHi）撞击N2分子生成HCN和CN，再被氧化二、N2O的生成机理1.均相生成反应挥发份N （1）HCN（被氧化）NCO+NON2

7、O （2）NH3NH+NON2O2.多相生成反应焦炭N（占70%） （1）直接氧化 （2）与NO反应3.分解反应（以多相反应为主）4.生成过程5.影响N2O的影响因素炉膛T（决定性）、烟气中O的含量、煤种、各种催化剂降低NOx和N2O排放的方法1、低系数燃烧缺点CO浓度剧增q3飞灰含C量q4 炉膛内形成还原性气氛DT结渣、腐蚀2、空气分级送入3、SNCR缺点：NH3泄露4、SCR缺点：催化剂失活5、燃料分级燃烧6、烟气后燃注入HC燃料造成循环灰分离器内局部高温以分解N2O循环流化床锅炉多污染物协同控制技术应用除尘技术工艺路线 目前，我国的静电除尘技术已处于国际领先水平，应用比例在90%以上。由

8、于我国燃煤的灰分较高，煤质和负荷多变，要稳定达到30mg/Nm3的烟尘排放限值，需采用6电场以上的电除尘器。国内现役机组电除尘器以4电场为主，绝大多数没有增加电场的空间，须采用袋式除尘技术、电袋复合除尘技术或移动电极等新工艺。而循环流化床锅炉如考虑在炉内投人石灰石来实现脱硫，将影响到飞灰的比电阻，对电除尘器的除尘效率会带来不利影响。脱硫技术工艺路线 目前，我国火电厂脱硫技术已形成了石灰石一石膏湿法脱硫工艺为主（占93 %），海水脱硫工艺、烟气循环流化床脱硫工艺、氨法脱硫工艺为辅的技术路线。 石灰石一石膏湿法脱硫技术具有脱硫效率高、技术成熟、运行可靠性高、石灰石资源丰富价廉易得、石膏便于综合利用

9、等特点，该工艺的最佳脱硫效率在95%左右，脱硫效率超过96%后，脱硫能耗会大大增加。 循环流化床锅炉如有炉内脱硫装置，可考虑炉内脱硫和炉外循环流化床脱硫的复合脱硫方式，利用炉内脱硫时残余的石灰和外加的消石灰一起作为吸收剂在脱硫塔内进行反应，达到SOx、满足排放标准的要求。脱硝技术工艺路线 目前国内火电厂采用脱硝技术主要有选择性催化还原法(SCR)，选择性非催化还原法(SNCR)和氧化吸收法(COA )。 已投运的烟气脱硝机组95%以上采用SNCR技术，原因是这些机组以煤粉锅炉为主，而循环流化床锅炉因其NOx排放浓度低，要达到排放限值仅需50% 60%的脱硝效率，且锅炉炉膛出口处设置的旋风分离器

10、有利于氨与NOx的充分混合，采用该工艺既能够满足排放要求，又具有投资省、运行费用低等优点，是比较理想的脱销工艺。 COA技术具有投资省、脱硝效率较SNCR高等优点，但使用该工艺时需结合脱硫装置来实现脱硝的目的。选择性非催化还原法脱硝技术、循环流化床干法脱硫技术和袋式除尘技术对多污染物的协同控制 不仅可实现脱硝、脱硫和除尘的目的，还可实现脱汞，此外还可有效控制氨逃逸量和提高PMz.s以下超细粉尘的捕集率，各装置除实现自身的主要功能外，还对其它装置实现协同作用，有利于实现对烟气多污染物的协同控制，不但可降低整个污染治理系统的造价，而且有利于整个污染治理系统稳定运行。选择性非催化还原法脱硝技术、袋式

11、除尘技术和石灰石一石膏法脱硫技术对多污染物的协同控制 可实现对烟尘、SOa, NOa、汞的脱除，各装置之间也存在协同控制，需熟知和掌握彼此之间的相互影响，充分利用整个污染治理系统的潜力。氧化吸收法脱硝技术、循环流化床干法脱硫技术和袋式除尘技术对多污染物的协同控制 脱硝添加剂还具有氧化单质汞的作用，促使烟气中的单质汞部分转化成氧化汞，可在后续的除尘过程中加以脱除，因此脱硝过程和除尘过程可以实现联合脱汞，使整个污染治理系统得到有效简化，占地面积大幅减少，主要占地设备集中体现在循环 流化床十法脱硫装置和袋式除尘器上，脱硝剂制备系统占地很小，脱硝反应设备则借用脱硫塔，而脱汞功能的实现不需要添加其它设备。结语 经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源