1、第6章循環流化床污染物的排放及控制4.1 概述 煤燃燒產生大量有害氣體，如硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳及碳氫化合物等；其中主要為：硫氧化物、氮氧化物。 我國大氣污染治理法中規定必須對燃煤產生的硫氧化物和氮氧化物等有害氣體必須進行有效的治理和控制。 我國鍋爐我國鍋爐SO2及及NOX最高允許排放標準最高允許排放標準鍋爐類別適用區域SO2排放濃度mg/Nm3NOX排放濃度mg/Nm3燃煤鍋爐全部區域1200900/I時段II時段I時段II時段燃油鍋爐輕柴油、煤油全部區域700500/400其它燃料油全部區域1200900/400燃氣鍋爐全部區域100100/400注: I 時段是指2000年12月3

2、1日前建成的鍋爐； II時段是指2001年1月1日起建成的鍋爐。 發達國家的排放標準比我國標準還低很多。 SO2的特性及危害的特性及危害：刺激性強、無色、難燃氣體，為低濃度、常期污染的氣體，對生態環境有一種慢性、疊加性的長期危害，對人體健康也有很大損害。 NOX的特性及危害的特性及危害：氮氧化物共有8種，其中污染較嚴重的是NO和N2O。形成“光化學煙霧”和“酸雨”,破壞環境，危害人體健康。 酸雨污染酸雨污染：酸雨中酸性物質絕大部分是硫酸和硝酸，主要來源于排放的SO2和NOX。改進燃燒技術，減少燃燒產生的SO2和NOX，對燃煤煙氣進行脫硫脫硝，是控制酸雨形成的有效手段之一。 目前世界各國在削減S

3、O2 排放方面取得了很大的進展，但控制NOX排放的成效尚不明顯。4.2 煤燃燒過程中SO2的生成機理及影響因素 SO2生成機理：煤中的硫多以有機硫和無機硫的形式存在。有機硫在400 時開始大量分解，無機硫在300 時即開始失去硫分，在650 以上時則大量分解。煤中的硫經過一系列的中間過程，最終氧化生成SO2。 煤燃燒過程中影響SO2析出的因素： （1）煤在床內的停留時間 試驗研究表明，煤在床內停留的時間越長， SO2轉化率就越大。 （2）床溫 SO2析出隨著床溫升高而單調增加。 （3）過量空氣系數 隨著過量空氣系數的增加， SO2的生成濃度逐漸減少。4.3 脫硫劑的選擇及脫硫機理 4.3.1

4、常用的脫硫劑： 流化床常用的鈣基脫硫劑有：石灰石（CaCO3）和白云石 CaCO3 .MgCO3 ）； 鎂基脫硫劑有MgO； 鋅基脫硫劑有ZnO； 鈉基脫硫劑有Na2CO3。 4.3.2 脫硫劑選擇原則： 從脫硫劑的品質而言，首先應選擇含CaCO3較高的石灰石，其次應選擇經煅燒后具有較好的多孔結構的 CaO。 由于SO2和CaO的反應是兩相表明反應，脫硫劑具有的表面積率越大越好。可將CaO研細成粉末，再加入粘結劑，可制成較好的多孔脫硫劑。 4.3.3 脫硫劑脫硫機理： 循環流化床內的脫硫反應是一個十分復雜的過程，既要考慮脫硫劑，還要考慮燃料中的灰分、多種金屬雜質對脫硫劑的影響以及氣態O2 、S

5、O2 、SO3等反應相。 以石灰石為例，當床溫超過其煅燒平衡時，發生煅燒反應。然后 CaO與煙氣中的SO2結合成CaSO4 。即 CaCO3 CaO CO2 (1) CaO SO2 1/2O2 CaSO4 (2) 式為吸熱反應，反應速度較慢。 式為放熱反應，反應速度較為迅速。 故脫硫速度主要處決于CaO的生成速度。 另外，脫硫過程中最大的特征就是孔隙堵塞，一旦孔隙表面被CaSO4完全覆蓋，則SO2分子不能穿透。故要求Ca/S摩爾比要大于2才能獲得較高的脫硫率。4.4 循環流化床鍋爐脫硫率影響因素 4.4.1 運行床溫的影響 運行床溫的變化，直接影響脫硫劑的反應速度，固體產物分布及孔隙堵塞特性，

6、從而影響脫硫劑的利用率。鼓泡床和循環流化床床溫和脫硫效率的關系見圖4-4和圖4-5。 由圖可知，鼓泡床最佳脫硫溫度為850 左右；循環流化床則為900 左右。4.4.2 Ca/S摩爾比的影響 Ca/S摩爾比的定義：Ca/S摩爾比脫硫劑的消耗量x Ca的含量 ()/40.1燃料的消耗量x S的含量 ()/32 在循環倍率一定的情況下，一方面，當Ca/S摩爾比低于2.5時，隨著Ca/S摩爾比的增加，脫硫率增加很快。另一方面，若Ca/S摩爾比大于2.5后，繼續增加Ca/S摩爾比，脫硫率增加得較少，反而會帶來一定的副作用， 多余的CaO將起到催化NOX的生成，同時增加灰渣物理熱損失。4.4.3 床料粒

7、度的影響 脫硫劑及燃料粒度及粒徑分布對脫硫率影響也很大。 在Ca/S摩爾比、循環倍率一定的前提下，采用較小粒徑的脫硫劑，易使SO2擴散到脫硫劑的核心，反應面積增加，從而脫硫率增加。一般認為，循環流化床采用02mm，平均100500m粒徑的脫硫劑是合適的。 給煤粒度太大，不利于燃燒，也不利于脫硫。給煤粒度太小或煤中細粉太多，也降低脫硫率。4.4.4 過量空氣系數的影響 過量空氣系數對SO2排放量的影響主要表現為其對爐內氣氛（氧化或還原氣氛）的影響。 在還原性氣氛下， CaSO4將會被還原成CaO 、CaS，SO2與CaO結合為CaS。在氧化性氣氛下， 反應式CaO SO2 1/2O2 CaSO4

8、 得以順利進行，從而脫硫效率提高。 對相同的過量空氣系數，實施分段燃燒對脫硫效率會產生一定的影響。4.4.5 風速的影響 對循環流化床鍋爐，增加風速意味著循環量的增加，脫硫劑在床內的停留時間延長，提高了脫硫劑的利用率，也有利于SO2的吸收。 而循環倍率的增加，在脫硫率一定的情況下，所需的Ca/S摩爾比就會下降，從而減少脫硫劑CaO對NOX生成的催化作用。 但是，循環倍率增加，風機電耗亦增加，循環床磨損加劇，而循環倍率達到一定值后，脫硫率增加變得緩慢，而飛灰損失卻增加很大。故循環流化床鍋爐存在一個最有利于脫硫的循環倍率。4.4.6 給料方式及給煤點數的影響 給料包括給煤和給石灰石。給料方式分為煤

9、與石灰石同點給入或異點給入。從給料方式和機構看，有前墻給入、兩側墻給入、回路密封給入三種方式及其組合。 4.4.6.1 給料方式的影響 有文獻表明，床面給料對燃燒和脫硫都不利。墻后墻1:1平衡給煤，所需Ca/S摩爾比最小，前墻與回路密封器2:1給煤次之，全部由回路密封器給煤， SO2排放較高；全部由前墻給煤， NOX和SO2排放最高。石灰石只有與煤同點給入，才能獲得滿意的脫硫效果。前后墻平衡給煤，脫硫劑利用率最高，但CO排放卻最高。 4.4.6.2 給煤點數的影響 據一些運行廠家的經驗，有： （1）煤和石灰石的給料點的數目均不宜少于2點。 （2）從單個給料點負責的床截面積來說，鼓泡床每個給料點

10、負責1.716m2床面；而對循環流化床，每個給料點負責838 m2床面。鍋爐容量越大，取值越高。一般地，循環流化床有24個給煤點既可滿足要求。 （3）燃料性質不同，給料點數目也不同。4.4.7 負荷變化的影響 一般認為，循環流化床鍋爐的負荷在相當大的范圍內變化時，脫硫效率基本恒定或略有升降。如圖4-7所示。 4.5 循環流化床燃燒過程中 NOX和N2O的生成機理 由于循環流化床運行溫度在850950 之間，循環床在燃燒過程中基本上沒有溫度型NOX的產生。 N2O是一種穩定的化合物，它是破壞臭氧的直接反應物。 流化床中N2O主要來源于燃料氮。影響N2O的排放的因素主要有床溫、煤種、過量空氣系數、

11、各種催化劑等。 N2O生成量與床溫的關系如圖4-9所示。 4.5. 1 循環流化床內NO生成規律 煤中的氮在煤的若分解過程中也作為揮發分而氣化。但是溫度不同，氣化的氮化合物占總氮的化合物的比例也不同。氣化的氮化物主要成分為NH3、HCN和N2，這些中間物質再與含氧化合物反應生成NO。 4.5.2 C、NH3分解NO的原理 C分解NO的反應式如下： C 2NO CO2 N2 C NO CO 1/2N2 當溫度超過680 時，反應活化能增加；在流化床運行的溫度范圍內，這一分解反應的反應速度極為迅速。 NH3分解NO的反應式如下： NH3O2 NO NO N24.6 影響循環流化床鍋爐氮氧化物 排放量的主要因素4.6.1 床溫的影響 在流化床運行的溫度范圍內，隨床溫的升高， NOX的排放濃度增加，但效果并不十分明顯。因為循環流化床鍋爐產生的NOX主要是燃料型NOX ，約占95。4.6.2 過量空氣系數和一次風率 對NOX排放量的影響 過量空氣系數對NOX的排放量的影響表現為兩個方面：1）降低過量空氣系數， NOX排放量下降；2）過量空氣系數增大得很大時，對NOX排放的影響大大減弱。 在還原性氣氛下，可降低NOX的排放量。可采取分段燃燒的方法。以二次風的送入點為界限，為有效的控制NOX的生成，在上部應為富氧區，下部應為富燃料區，這樣才使NOX的生成沒有環境。4.6.