隨著國家對(dui)燃(ran)煤電(dian)廠(chang)(chang)、熱(re)源(yuan)(yuan)廠(chang)(chang)污(wu)(wu)染物(wu)排(pai)放(fang)要求的(de)不斷提高，超(chao)低排(pai)放(fang)已成(cheng)為(wei)決定(ding)燃(ran)煤電(dian)廠(chang)(chang)、熱(re)源(yuan)(yuan)廠(chang)(chang)能(neng)(neng)否運(yun)行(xing)的(de)關鍵指標(biao)。為(wei)此(ci)，全國成(cheng)千上萬燃(ran)煤電(dian)廠(chang)(chang)、熱(re)源(yuan)(yuan)廠(chang)(chang)投入大量資(zi)金(jin)加裝除塵(chen)、脫(tuo)(tuo)硫脫(tuo)(tuo)硝裝置，對(dui)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)島進行(xing)環(huan)保改造，這既增加了設(she)(she)備資(zi)金(jin)投入，又提高了鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)島運(yun)行(xing)、維護成(cheng)本(ben)。如果燃(ran)煤鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)初(chu)始(shi)煙氣產生的(de)污(wu)(wu)染物(wu)較少(shao)，甚至(zhi)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)煙氣初(chu)始(shi)排(pai)放(fang)就能(neng)(neng)達(da)到超(chao)低排(pai)放(fang)要求，則燃(ran)煤電(dian)廠(chang)(chang)、熱(re)源(yuan)(yuan)廠(chang)(chang)投入的(de)脫(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)硝、除塵(chen)設(she)(she)備就能(neng)(neng)大大減少(shao)，燃(ran)煤電(dian)廠(chang)(chang)、熱(re)源(yuan)(yuan)廠(chang)(chang)的(de)經濟效益(yi)就會明顯提高。近年來，太原鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)集團有(you)限(xian)公司與清華大學合(he)作，在流態(tai)重構節能(neng)(neng)型(xing)循環(huan)流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的(de)基礎上，探索研制(zhi)超(chao)低排(pai)放(fang)循環(huan)流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)。多臺(tai)50MW循環(huan)流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的(de)鑒定(ding)試驗已取得階段性(xing)成(cheng)果。  

1超低排放循環流化床鍋爐  

超(chao)(chao)低排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)是指(zhi)鍋爐(lu)(lu)煙氣(qi)中塵(chen)、二氧(yang)(yang)化(hua)硫、氮氧(yang)(yang)化(hua)物排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)質量(liang)濃(nong)(nong)度(du)［基準含(han)氧(yang)(yang)量(liang)（體積分(fen)數(shu)）為6％］分(fen)別不(bu)超(chao)(chao)過(guo)10、25、50mg˙Nm－2。目(mu)前(qian)燃煤(mei)電(dian)廠(chang)、熱源(yuan)廠(chang)在役(yi)的常(chang)規循環(huan)(huan)流化(hua)床鍋爐(lu)(lu)煙氣(qi)初(chu)始(shi)(shi)NOx的排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)質量(liang)濃(nong)(nong)度(du)一般大(da)于(yu)(yu)200mg˙Nm－2，有的甚(shen)至更(geng)高(gao)，極個別由于(yu)(yu)煤(mei)種因素可能低于(yu)(yu)200mg˙Nm－2。不(bu)投(tou)入石灰石時，鍋爐(lu)(lu)煙氣(qi)中SOx初(chu)始(shi)(shi)排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)質量(liang)濃(nong)(nong)度(du)一般在1500mg˙Nm－2以(yi)上，投(tou)入石灰石后(hou)一般在200～400mg˙Nm－2。常(chang)規循環(huan)(huan)流化(hua)床鍋爐(lu)(lu)煙氣(qi)初(chu)始(shi)(shi)排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)SOx和NOx質量(liang)濃(nong)(nong)度(du)遠遠超(chao)(chao)過(guo)鍋爐(lu)(lu)島超(chao)(chao)低排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)值(zhi)，因此，大(da)多數(shu)燃煤(mei)電(dian)廠(chang)、熱源(yuan)廠(chang)只(zhi)能選擇(ze)加裝投(tou)資大(da)、運行成本(ben)高(gao)的SCR脫(tuo)硝和濕法脫(tuo)硫設備(bei)。如果(guo)燃煤(mei)電(dian)廠(chang)、熱源(yuan)廠(chang)鍋爐(lu)(lu)煙氣(qi)初(chu)始(shi)(shi)排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)值(zhi)較低，能夠(gou)實(shi)現(xian)低于(yu)(yu)或者接近超(chao)(chao)低排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)值(zhi)，則采(cai)用(yong)簡單的爐(lu)(lu)內選擇(ze)性非催化(hua)還原(yuan)（SNCR）脫(tuo)硝或熱備(bei)、爐(lu)(lu)內石灰石＋爐(lu)(lu)后(hou)半(ban)干(gan)法脫(tuo)硫或熱備(bei)，就可以(yi)滿(man)足超(chao)(chao)低排(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)要求(qiu)，從而大(da)大(da)降低設備(bei)投(tou)資和運行成本(ben)。  

2超低排放循環流化床鍋爐的設計基礎  

2.１煤的分析  

鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)煙氣中(zhong)的SO2和NOx是(shi)由煤燃燒(shao)生成(cheng)的，因此，設(she)計(ji)(ji)(ji)超(chao)低排放(fang)循(xun)環(huan)流化床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)首先必須對設(she)計(ji)(ji)(ji)煤種特(te)性進行(xing)(xing)分(fen)析。常規(gui)循(xun)環(huan)流化床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)設(she)計(ji)(ji)(ji)時，鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)制造(zao)廠需要(yao)用戶提供設(she)計(ji)(ji)(ji)煤種的化學(xue)元素分(fen)析結(jie)果(guo)和煤的粒徑(jing)分(fen)布，其主要(yao)目(mu)的是(shi)進行(xing)(xing)鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)熱力(li)計(ji)(ji)(ji)算、煙風阻力(li)計(ji)(ji)(ji)算和結(jie)構布置等。超(chao)低排放(fang)循(xun)環(huan)流化床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)設(she)計(ji)(ji)(ji)時，除完成(cheng)上述(shu)工作以外(wai)，對選(xuan)定(ding)的設(she)計(ji)(ji)(ji)煤種、設(she)計(ji)(ji)(ji)石(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)也要(yao)進行(xing)(xing)取樣試燒(shao)試驗(yan)(yan)。試燒(shao)過程中(zhong)，測定(ding)不同燃燒(shao)工況下煙氣中(zhong)SO2和NOx的含量、灰(hui)(hui)的成(cheng)灰(hui)(hui)磨耗特(te)性、石(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)燒(shao)結(jie)特(te)性和脫硫活(huo)性等。將試燒(shao)試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)作為(wei)循(xun)環(huan)流化床(chuang)鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)床(chuang)溫(wen)、還(huan)原氣場及分(fen)離器優化設(she)計(ji)(ji)(ji)的基礎(chu)。  

2.2NOx的生成  

煙(yan)(yan)氣中(zhong)(zhong)(zhong)NOx主(zhu)要包括(kuo)NO、NO2和N2O。NOx的(de)(de)生成分(fen)為三(san)種(zhong)類型，即燃(ran)(ran)料型、溫(wen)度(du)型、快速(su)溫(wen)度(du)型。循(xun)環(huan)流化床燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)屬于低溫(wen)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)技術，燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)溫(wen)度(du)一般控制在800～900℃之間，因此，循(xun)環(huan)流化床鍋爐(lu)煙(yan)(yan)氣中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)NOx主(zhu)要是(shi)燃(ran)(ran)料型，NOx中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)N元(yuan)素來自于煤，與空氣中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)N元(yuan)素關系不大(da)。循(xun)環(huan)流化床鍋爐(lu)煙(yan)(yan)氣中(zhong)(zhong)(zhong)NOx主(zhu)要成分(fen)是(shi)NO，占95％以上，另(ling)有少量的(de)(de)NO2和N2O。  

循環流化床燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)也屬(shu)于分段燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)。燃(ran)(ran)料型(xing)NOx主要在(zai)(zai)煤的干餾燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)過程(cheng)中生(sheng)(sheng)成于流化床和(he)密(mi)相區(qu)，因此(ci)，合理控制此(ci)區(qu)間的燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)溫度(du)(du)、氧量(liang)就能降(jiang)低NOx的生(sheng)(sheng)成量(liang)。在(zai)(zai)一(yi)個足夠大的流化床和(he)密(mi)相區(qu)空間里，嚴格控制燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)溫度(du)(du)、氧量(liang)和(he)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)物(wu)料的顆粒粒徑，以便生(sheng)(sheng)成大量(liang)的CO，并將NO還原成N2。其化學反應(ying)過程(cheng)為(wei)  ;

2.3SOx的生成  

煤中(zhong)(zhong)的(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)除單(dan)質(zhi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)外，主要(yao)分(fen)(fen)有(you)機硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)和(he)無(wu)機硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)兩部分(fen)(fen)。有(you)機硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)是指(zhi)與C、H等(deng)結合生(sheng)成(cheng)的(de)復雜(za)化合物（CxHｙSz）；無(wu)機硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)主要(yao)是黃(huang)鐵礦硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)（FeS2）和(he)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸鹽硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)（CaSO4等(deng)）。其(qi)中(zhong)(zhong)，黃(huang)鐵礦硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)和(he)有(you)機硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)及單(dan)質(zhi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)是可燃(ran)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)，占煤中(zhong)(zhong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)分(fen)(fen)的(de)90％以上：硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)酸鹽硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)是不可燃(ran)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)，占煤中(zhong)(zhong)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)分(fen)(fen)的(de)5％～10％，是煤中(zhong)(zhong)灰分(fen)(fen)的(de)組成(cheng)成(cheng)分(fen)(fen)。  

煤(mei)在燃(ran)燒(shao)過(guo)程中(zhong)，所(suo)有的(de)可燃(ran)硫(liu)都會隨著(zhu)受熱從煤(mei)中(zhong)析出(chu)(chu)。在氧化(hua)(hua)(hua)性氣氛中(zhong)，可燃(ran)硫(liu)均會被氧化(hua)(hua)(hua)成SO2。循環流(liu)化(hua)(hua)(hua)床鍋爐煙(yan)氣排(pai)放的(de)SOx中(zhong)，一般SO2占98％左右，SO2只占0．5％～2％左右，相當于煤(mei)中(zhong)1％～2％的(de)硫(liu)分以(yi)SO2的(de)形式析出(chu)(chu)。  

煤(mei)在(zai)循環(huan)流(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)鍋爐中(zhong)燃燒(shao)，黃鐵礦硫(liu)(liu)（FeS2）在(zai)200℃時即開始失去硫(liu)(liu)分(fen)，但其大量(liang)分(fen)解則發生(sheng)在(zai)650℃以上(shang)。在(zai)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)氣(qi)氛中(zhong)，FeS2直接生(sheng)成SO2。有機硫(liu)(liu)在(zai)煤(mei)中(zhong)是均勻(yun)分(fen)布的(de)，一般(ban)在(zai)煤(mei)被加熱至400℃時即開始大量(liang)分(fen)解析(xi)出，但對不(bu)同(tong)煤(mei)種稍有差(cha)異。有機硫(liu)(liu)經過燃燒(shao)分(fen)解析(xi)出，氧化(hua)(hua)(hua)(hua)后生(sheng)成SO2。在(zai)循環(huan)流(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)鍋爐中(zhong)，單質(zhi)硫(liu)(liu)從流(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)到(dao)密相區(qu)、稀相區(qu)、分(fen)離器、返料器都(dou)可能生(sheng)成SO2。反應方程式為  

S+O2=SO2。  

2.4CaO的生(sheng)成和脫硫  

目前降(jiang)低循(xun)環流化床鍋(guo)爐煙(yan)氣(qi)初始SO2排放最便捷方法是(shi)采用石灰石干法爐內脫硫，將CaCO3送入爐膛(tang)內煅燒(shao)，分解出的CaO與煙(yan)氣(qi)中的SO2發生反應，生成CaSO4隨爐渣排出。該過程主(zhu)要分為兩步：  

（1）石(shi)(shi)(shi)(shi)灰石(shi)(shi)(shi)(shi)在流化床鍋爐(lu)中(zhong)煅燒，石(shi)(shi)(shi)(shi)灰石(shi)(shi)(shi)(shi)中(zhong)的CaCO3煅燒分解為CaO析出CO2。反(fan)應方(fang)程式為  

CaCO3＝CaO＋CO2  

（2）煅燒生成(cheng)的CaO表面呈(cheng)多孔狀(zhuang)，孔隙為硫的固化反(fan)應(ying)(ying)奠定(ding)了基礎。硫的固化反(fan)應(ying)(ying)即CaO與SO2反(fan)應(ying)(ying)生成(cheng)硫酸鹽(yan)。其反(fan)應(ying)(ying)方程式(shi)為  

CaO＋SO2＋1／2O2＝CaSO4  

影響(xiang)循環流化床鍋爐脫硫(liu)的主要因(yin)素為(wei)：  

（1）床溫  

當(dang)床(chuang)溫(wen)低于(yu)800℃時，CaO孔(kong)隙減少，孔(kong)徑(jing)小，反應速度(du)低；當(dang)床(chuang)溫(wen)高于(yu)950℃時，CaO內部(bu)(bu)的孔(kong)隙結(jie)構(gou)會發生(sheng)部(bu)(bu)分燒結(jie)，降低CaO與SO2的反應速度(du)，導致脫硫效率降低。  

（2）石灰石入爐(lu)粒徑  

石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)入爐(lu)(lu)粒(li)(li)徑分布(bu)(bu)對脫(tuo)硫效(xiao)率也有(you)較大(da)的影響。理論上，石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)粒(li)(li)徑越小(xiao)爐(lu)(lu)內脫(tuo)硫效(xiao)果越好，因為減(jian)小(xiao)石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)粒(li)(li)徑能(neng)增加(jia)其表面(mian)積，從(cong)而提高反應(ying)(ying)面(mian)積。如果石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)粒(li)(li)徑太(tai)小(xiao)，分離器捕捉能(neng)力差，就會(hui)有(you)很大(da)一(yi)部分隨(sui)(sui)煙氣逃逸，從(cong)而不能(neng)隨(sui)(sui)物(wu)料(liao)進行多次循(xun)環(huan)并與SO2長(chang)時間發(fa)生化學反應(ying)(ying)，反而增加(jia)尾部煙道的飛灰(hui)(hui)量。最(zui)佳的石(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)(hui)石(shi)(shi)(shi)(shi)粒(li)(li)徑分布(bu)(bu)與該(gai)鍋爐(lu)(lu)分離器切(qie)割粒(li)(li)徑有(you)關，分離器對脫(tuo)硫效(xiao)率影響很大(da)。  

（3）石灰石品質  

石(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)品質(zhi)對脫硫(liu)效(xiao)率影(ying)響(xiang)十分敏感。不(bu)同品質(zhi)的石(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)反應性能差(cha)異很大，在CaCO3含量(liang)、晶體(ti)結(jie)構和孔隙特(te)征(zheng)上(shang)也有所不(bu)同。一般應對石(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)做熱重(zhong)分析，測定(ding)其反應率指(zhi)標，從而準確(que)推算鈣硫(liu)摩爾比。  

3超低排放循環流化床鍋爐工程設計  

超(chao)低(di)排放循環流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)是在(zai)節能(neng)型流態重構循環流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的(de)基(ji)礎(chu)上延伸(shen)設計開發的(de)。該鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)采用單(dan)汽包、單(dan)爐(lu)(lu)(lu)膛、自然循環、全懸吊結(jie)構。鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)主體結(jie)構由膜式水冷壁(bi)爐(lu)(lu)(lu)膛、兩臺高(gao)溫絕熱(re)(re)分(fen)離器(qi)和(he)(he)尾(wei)部(bu)(bu)對(dui)流豎井煙道組成。50mWe循環流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)基(ji)本結(jie)構如圖1所示。爐(lu)(lu)(lu)膛內部(bu)(bu)布置水冷屏(ping)和(he)(he)過熱(re)(re)屏(ping)，尾(wei)部(bu)(bu)豎井布置包墻過熱(re)(re)器(qi)、對(dui)流過熱(re)(re)器(qi)、省煤器(qi)和(he)(he)空氣預熱(re)(re)器(qi)。為了確保鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)在(zai)流態重構后仍能(neng)滿(man)足傳熱(re)(re)要(yao)(yao)求，對(dui)超(chao)低(di)排放循環流化(hua)床(chuang)鍋(guo)(guo)爐(lu)(lu)(lu)的(de)燃燒熱(re)(re)量分(fen)配和(he)(he)主要(yao)(yao)部(bu)(bu)件做了較大的(de)改進。下面(mian)對(dui)主要(yao)(yao)部(bu)(bu)件改進原理和(he)(he)方(fang)向作簡要(yao)(yao)描述。  

3.1流化床床溫設(she)計(ji)  

流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)溫(wen)(wen)的(de)合理(li)確定(ding)(ding)是循(xun)環流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)鍋(guo)爐能否實現超低(di)(di)排放(fang)的(de)重(zhong)要(yao)(yao)基礎(chu)。在(zai)(zai)(zai)超低(di)(di)排放(fang)循(xun)環流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)鍋(guo)爐設計中(zhong)，首先依據煤(mei)種、循(xun)環物料(liao)流(liu)(liu)(liu)態、受熱(re)面結構等(deng)確定(ding)(ding)合理(li)的(de)流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)溫(wen)(wen)。該床(chuang)(chuang)(chuang)溫(wen)(wen)既要(yao)(yao)滿足爐內石灰石的(de)煅燒(shao)要(yao)(yao)求，又要(yao)(yao)抑制NO的(de)生成。流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)溫(wen)(wen)與流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)面積、收(shou)縮率(lv)、爐膛受熱(re)面積、物料(liao)燃燒(shao)熱(re)量(liang)分配、循(xun)環物料(liao)質(zhi)量(liang)、風的(de)配比等(deng)因素有關，工程上一般控制在(zai)(zai)(zai)800～900℃，以控制在(zai)(zai)(zai)850～880℃為(wei)佳(jia)。目前在(zai)(zai)(zai)役的(de)常(chang)規(gui)循(xun)環流(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)(chuang)鍋(guo)爐床(chuang)(chuang)(chuang)溫(wen)(wen)一般在(zai)(zai)(zai)900℃以上。  

3.2流化床(chuang)和密相(xiang)區(qu)還(huan)原氣場(chang)設計  

由于(yu)循(xun)環(huan)流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)鍋爐煙氣中(zhong)NO形成(cheng)(cheng)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)和密相(xiang)區(qu)，因此(ci)超低(di)排放循(xun)環(huan)流(liu)(liu)化(hua)(hua)床(chuang)鍋爐必(bi)須在(zai)此(ci)相(xiang)應設(she)計一(yi)貧(pin)氧區(qu)，這樣既抑(yi)制NO的(de)生成(cheng)(cheng)，又可大量(liang)生成(cheng)(cheng)CO，使NO與CO發生化(hua)(hua)學反應，將NO還原成(cheng)(cheng)N2。爐膛(tang)內生成(cheng)(cheng)CO需要(yao)具備一(yi)定的(de)燃燒溫度、燃燒物料的(de)表面積、含碳(tan)量(liang)和欠氧等條件(jian)。還原氣場(chang)設(she)計如圖2所示。  

3.2.1欠氧(yang)燃燒(shao)  

循(xun)環流化(hua)床(chuang)(chuang)鍋爐(lu)床(chuang)(chuang)上(shang)物料含碳豐富，氣(qi)固混合強(qiang)烈，溫度(du)較高，物料燃燒速度(du)較快(kuai)，如果此時減少(shao)氧氣(qi)供(gong)給，物料燃燒后(hou)煙氣(qi)中會生成大量CO。循(xun)環流化(hua)床(chuang)(chuang)鍋爐(lu)床(chuang)(chuang)上(shang)氧氣(qi)是由(you)一次(ci)風(feng)(feng)提供(gong)的，減少(shao)一次(ci)風(feng)(feng)量就能(neng)減少(shao)供(gong)氧量。早期的循(xun)環流化(hua)床(chuang)(chuang)鍋爐(lu)一次(ci)風(feng)(feng)占(zhan)總(zong)風(feng)(feng)量的55％左右，超低(di)排放循(xun)環流化(hua)床(chuang)(chuang)鍋爐(lu)一次(ci)風(feng)(feng)量占(zhan)總(zong)風(feng)(feng)量的40％～45％，降(jiang)低(di)了10％～15％。  

3.2.2低(di)料層阻力(li)  

增加有(you)效(xiao)物(wu)(wu)(wu)料(liao)(liao)(liao)床(chuang)存量(liang)，提高物(wu)(wu)(wu)料(liao)(liao)(liao)床(chuang)質量(liang)是(shi)還原氣場(chang)設計的必(bi)要(yao)條件。提高物(wu)(wu)(wu)料(liao)(liao)(liao)床(chuang)質量(liang)，燃料(liao)(liao)(liao)顆(ke)粒表(biao)面積(ji)增大(da)，可提高燃料(liao)(liao)(liao)燃燒速度，有(you)利于CO形(xing)成，同時可以(yi)保證循環(huan)流(liu)化床(chuang)鍋爐運行時物(wu)(wu)(wu)料(liao)(liao)(liao)攜(xie)帶量(liang)，保證傳熱的需(xu)要(yao)。降低料(liao)(liao)(liao)層阻力，雖(sui)然(ran)減小了一(yi)次風量(liang)，但(dan)仍(reng)可保證物(wu)(wu)(wu)料(liao)(liao)(liao)正(zheng)常流(liu)化，可以(yi)降低一(yi)次風機耗電量(liang)。循環(huan)流(liu)化床(chuang)鍋爐要(yao)實(shi)現低料(liao)(liao)(liao)層阻力運行，分(fen)離器的分(fen)離效(xiao)率是(shi)關鍵。  

3.2.3提升二(er)次風高度  

循環(huan)流(liu)化床鍋爐屬于分段燃燒。為(wei)了確(que)保物料(liao)燃盡、爐內傳熱(re)，二(er)(er)次(ci)風(feng)以上爐膛(tang)部分氧量(liang)必須是過(guo)剩的。目前一般設(she)計過(guo)剩空氣系數為(wei)1．2～1．25。提升二(er)(er)次(ci)風(feng)高(gao)度(du)，拉大二(er)(er)次(ci)風(feng)與布風(feng)板之間(jian)(jian)的距離，可為(wei)NO和CO發生充分的化學反應留出(chu)足夠(gou)的時間(jian)(jian)與空間(jian)(jian)。  

3.3分離器設計  

分(fen)離器(qi)是超低(di)排(pai)放(fang)循環流(liu)化床鍋爐的(de)一個(ge)關(guan)鍵部件(jian)。一般要求分(fen)離器(qi)對分(fen)離物料切(qie)割粒徑d50在10μm以下，否(fou)則循環物料的(de)床質量不能滿(man)足傳熱和循環燃燒需(xu)要。超低(di)排(pai)放(fang)循環流(liu)化床鍋爐必須對分(fen)離器(qi)進行優化設計。分(fen)離器(qi)的(de)優化設計集中體現在分(fen)離器(qi)入口形(xing)狀，流(liu)速，加速段、分(fen)離器(qi)直徑，中心(xin)筒的(de)形(xing)狀與布置等(deng)。  

4工程應用  

基于前文提出的超低排放原理設計的50mW超低排放循環流化床鍋爐（鍋爐1）于2015年4月在山西霍氏自備電廠投入運行。2016年8月國家特種設備檢測研究院對該鍋爐燃用不同煤種時的性能進行了鑒定試驗。該鍋爐設計參數見表1。  

鑒定試驗煤種元素分析結果見表2，其中：QNet為低位發熱量；maR、Vdaf、aaR分別為水分、揮發分、灰分質量分數；CaR、HaR、OaR、NaR、SaR分別為碳元素、氫元素、氧元素、氮元素、硫元素質量分數。  

燃(ran)用(yong)煤種1時，鍋(guo)爐蒸(zheng)發量(liang)為(wei)(wei)222～224t˙H－1，床溫為(wei)(wei)820～860℃。投(tou)運(yun)石(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)后鍋(guo)爐煙氣中(zhong)SO2和NOx的(de)初(chu)始排放質(zhi)量(liang)濃度(du)分別(bie)為(wei)(wei)9．88、49．82mg˙Nm－2，鈣硫摩爾比為(wei)(wei)1．6。燃(ran)用(yong)煤種2（貧煤）時，鍋(guo)爐蒸(zheng)發量(liang)為(wei)(wei)214～216t˙H－1，床溫為(wei)(wei)820～860℃。此時，未投(tou)運(yun)石(shi)(shi)(shi)灰(hui)石(shi)(shi)(shi)情況下(xia)鍋(guo)爐煙氣中(zhong)SO2和NOx的(de)初(chu)始排放質(zhi)量(liang)濃度(du)分別(bie)為(wei)(wei)676．70、26．69mg˙Nm－2。  

2016年10月國家特種設備檢測研究院對2016年2月在山東臨清三和紡織集團自備電廠投入運行的50mWe超低排放循環流化床鍋爐（鍋爐2）進行了鑒定試驗。該鍋爐設計參數見表2。鑒定試驗煤種為貧煤，其元素分析結果見表4。  

試驗時，鍋(guo)爐(lu)蒸(zheng)發量為222．85～222．5t˙H－1，床溫(wen)為820～860℃。投運石灰石后鍋(guo)爐(lu)煙氣中SO2和NOx的初始排放質量濃度分別為22．6、46．18mg˙Nm－2，鈣硫摩爾(er)比為1．82。  

上(shang)述試驗(yan)結果表明，基于(yu)超低(di)排(pai)放原(yuan)理設計的循環(huan)流化(hua)床鍋爐燃用不同(tong)煤種并(bing)投運石灰石后，其煙(yan)氣(qi)中SO2、NOx的初始排(pai)放質量濃度均低(di)于(yu)25、50mg˙Nm－2的超低(di)排(pai)放要求。  

5結語  

為(wei)實現(xian)循環(huan)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)鍋(guo)爐(lu)(lu)的(de)超(chao)低排(pai)放(fang)(fang)，通過對(dui)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)溫(wen)、流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)和密相區還原氣場(chang)、分離(li)器等的(de)優(you)化(hua)，對(dui)流(liu)(liu)態重構(gou)循環(huan)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)鍋(guo)爐(lu)(lu)進(jin)行了超(chao)低排(pai)放(fang)(fang)優(you)化(hua)設計。鍋(guo)爐(lu)(lu)的(de)實際運行試驗結果表明，所開發的(de)循環(huan)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)鍋(guo)爐(lu)(lu)煙氣中NOx、SOx初始(shi)排(pai)放(fang)(fang)質量濃(nong)度達到(dao)了超(chao)低排(pai)放(fang)(fang)求(qiu)。研究為(wei)該類型循環(huan)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)鍋(guo)爐(lu)(lu)的(de)進(jin)一(yi)步推(tui)廣應用奠定了基礎。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章