成果介绍 成果名称：降低循环流化床锅炉烟气NOx排放技术研究 成果参与单位：华北电力大学、中石化洛阳技术研发中心 成果完成人：常剑、齐文义、王体朋、陆强、陈千惠、李小苗、黄延召、郝代军、孟学峰、邓向军 知识产权情况：成果对应发明及实用新型专利1项，已形成完整知识产权体系 随着NOx排放标准的日益严苛，低NOx燃烧+SNCR+SCR（或臭氧脱硝）配置已经成为常态，严重削弱了循环流化床锅炉低成本污染物治理的优势。本研究在明确循环流化床锅炉NOx形成演化机制与CO原位催化还原脱除机理的基础上，确定关键污染物NOx与CO、炭质颗粒的时空分布与变化规律，确立专用脱硝催化剂的主要反应区域，构筑与CO和炭质颗粒原位脱硝反应高度协同匹配的催化剂和传递环境。开发适于循环流化床锅炉的脱硝催化剂，加入锅炉炉膛内部，利用燃料燃烧产生的CO和炭质颗粒原位脱除烟气中的NOx，高强度、粒度适宜的催化剂颗粒随循环灰在系统内循环，可以提高催化剂的使用效率，降低脱硝成本。 与现有脱硝技术相比，该技术具有操作流程短、使用方便、脱硝成本低的优势。为进一步验证本技术在不同尺度规模工业装置上的脱硝性能，需寻求再次工业验证装置。 创新点 1、基于循环流化床锅炉烟气NOx的生成与转化机理，提出了通过向循环流化床锅炉燃烧室内加入脱硝催化剂颗粒、利用循环流化床锅炉自身具有的特殊还原气氛、原位将烟气中的NOx催化还原为N2的技术路线。 2、基于循环流化床流动和热质传递特性，研究开发了一种脱硝催化剂，催化剂具有适宜的堆积密度、粒度分布和强度，使其在循环流化床循环燃烧过程中具有较高的保留度，降低了催化剂的用量，单位脱硝成本相对较低。 3、首次在工业规模220t/h循环流化床锅炉上进行了脱硝催化剂工业应用试验，脱硝效率达到50%～70%，实现了该装置NOx的超低排放。 市场前景 2022年在中石化九江分公司220t/h工业规模循环流化床锅炉上进行了脱硝催化剂工业应用试验，脱硝效率达到50%～70%，在停止SNCR喷氨和降低30%左右的臭氧的情况下，实现达标排放。 应用案例 据统计，全国大大小小的CFB锅炉超过3000台。日益严格的环保标准促使更多企业加大在环保方面的投入，但严峻的经济形势也会使企业在环保投资方面更加理性，能满足环保要求、经济上合算的技术将越来越受到人们的重视。低NOx燃烧+SNCR+SCR（或LoTOx）等是目前降低CFB锅炉烟气NOx排放的主要技术，但存在运行成本高、运行周期短等缺陷。 采用炉内脱硝催化剂的方法，在燃料燃烧过程中将NOx原位转化成N2，脱硝成本低、不会产生二次污染，具有良好的经济效益和社会效益。

四川大学国家烟气脱硫工程技术研究中心在国内外开展的循环流化床烟气脱硫技术研究与工程应用基础上，结合我国燃煤电厂、冶金、化工及中小锅炉的烟气排放特点，建立循环流化床烟气脱硫技术的研究开发平台，对反应器内的气、固两相流动进行强化模拟研究，对循环流化床烟气脱硫的关键技术环节进行深入全面的研究，开发出适合不同烟气排放特点的多种循环流化床烟气脱硫工艺技术和相应的技术参数，能够满足大型化和工程化的需要，已形成循环流化床烟气脱硫技术的设计、制造和商业化能力。 主要技术指标： 1、脱硫效率可达90 %以上； 2、工程投资费用、运行费用和脱硫成本较低，为湿法工艺的50 %～70 %； 3、占地面积小，为湿法工艺的30 %～40 %，且系统布置灵活，非常适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组； 4、能源消耗低，如电耗、水耗等，为湿法工艺的30 %～50 %； 5、对锅炉负荷变化的适用性强，负荷跟踪特性好，启停方便； 6、对燃煤硫分的适应性强，可用于0.3 %～6.5 %的燃煤硫分。且应用于中低硫煤时(<2 %)，其经济性优于湿法工艺。 应用范围： 烟气脱硫领域项目目前已进入产业化阶段，成果权属为我校独自拥有。

"该成果获2018年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学类二等奖。1、单颗粒流化床富氧燃烧实验，揭示了气氛对脱挥发分、挥发分燃烧、焦炭燃烧的影响机理。2、循环流化床O2/CO2 燃烧小试研究，揭示了CO2/H2O气氛对燃烧效率及S/N、重金属、PM2.5和痕量元素等污染物析出排放的影响规律。3、50kWt氧/温烟气循环中试试验，验证了系统经济性和安全性、实现了多种污染物的协同控制。4、面向高氧浓度的新型2.5MWt IBHX-CFB中试研究，验证新型分区受热面布置方式，解决高氧浓度实质瓶颈 。5、 2.0MWt面向零排放的循环流化床富氧燃烧中试研究。6、第二代循环流化床富氧燃烧—增压富氧燃烧，更高经济性。 "

本发明公开了一种循环流化床锅炉高效脱硫技术，本发明涉及的脱硫剂 由以下重量百分比的组分组成：生石灰70～95％、萤石1～10％、锌渣1～ 10％、硅锰铁渣1～10％、钛渣1～10％，在使用该脱硫剂时保持脱硫剂含钙 量与燃煤含硫量的钙硫比为2.5～10.5∶1。

围绕是否能从源头创新重大装备的设计与制造技术，实现不同原料、不同规 模劣质粉煤气化制氢，使之更低成本、更高效率、更加清洁已是国内外能源领域 面临的主要问题。粉煤、生物质气化制氢流程包括:原料气化、脱硫、CO 水汽 变换、变压吸附及余热回收等，由于流化床气化燃料适应性广，能实现炉内高效 脱硫，也尤其适合不同颗粒气化处理，国际温克勒炉和恩德炉是大量使用的流化 床气化技术，国内在流化床气化方面也有较好的探索和应用，但总体上，流化床 气化由于炉内停留时间较短，排渣和飞灰碳含量较高，不同形式的颗粒或聚团流 态

本实用新型公开了一种利用循环流化床锅炉烟气余热干燥废木材的设备。废木材含水率高会增加燃烧的成本，而循环流化床锅炉的尾部烟气经常由于温度偏高，影响了锅炉运行的经济性，同时对炉后电除尘的安全运行也构成威胁，因此采取余热干燥势在必行。将烟气余热收集，根据小时产量湿物料的需要，采用烟气直接加热干燥废木材的形式，达到要求。设备包括：刮板上料机、分流阀门、止风阀、旋风除尘器、空气预热器、省煤器、引风机、布袋除尘器、异长径比回转圆筒干燥机、全自动控制柜、输出烘干物料封闭传输带、烟气温度检测仪。希望能对各大企业有所帮助，为大规模的废木材循环流化床锅炉发电厂或者供热公司回收余热工艺推广提供技术支持。

目前，我国火电厂所采用的烟气脱硫装置许多从国外引进，如：日本三菱重工、挪威 ABB、德国 Lurgi 等，不仅造价昂贵（投资几百万至几千万美元之间），而且运行费用很高。还有一些电厂采用国内研发的湿法烟气脱硫净化技术，虽然造价较国外引进低一些，但仍然存在运行费用高，脱硫效率低等问题。 纯碱作为重要的基础化工原料，广泛应用于冶金、化工、建材等行业，废弃碱渣是制碱工业产生的主要废弃物之一。我国每年利用氨碱法生产纯碱约 300 多万吨，年产生废液 3000 多万 m3，废碱渣近 300 万吨。大部分氨碱厂的氨碱废液废渣靠筑坝堆存，天津碱厂在 70 年生产过程中已积存碱渣 1500 万吨，占地 3.5km2，造成渣山周围地区地上地下的严重污染。 利用废碱渣作为脱硫剂，采用循环流化床烟气脱硫净化技术，可以起到“一箭三雕”的效果：脱硫效率不降低的条件下降低了烟气脱硫的投资费用和运行费用、实现废弃物的转化消纳、减少了石灰石开采对环境的冲击。

目前，我国火电厂所采用的烟气脱硫装置许多从国外引进，如：日本三菱重工、挪威ABB、德国Lurgi等，不仅造价昂贵（投资几百万至几千万美元之间），而且运行费用很高。还有一些电厂采用国内研发的湿法烟气脱硫净化技术，虽然造价较国外引进低一些，但仍然存在运行费用高，脱硫效率低等问题。 纯碱作为重要的基础化工原料，广泛应用于冶金、化工、建材等行业，废弃碱渣是制碱工业产生的主要废弃物之一。我国每年利用氨碱法生产纯碱约300多万吨，年产生废液3000多万m3，废碱渣近300万吨。大部分氨碱厂的氨碱废液废渣靠筑坝堆存，天津碱厂在 70年生产过程中已积存碱渣1500万吨，占地3.5km2，造成渣山周围地区地上地下的严重污染。 利用废碱渣作为脱硫剂，采用循环流化床烟气脱硫净化技术，可以起到“一箭三雕”的效果：脱硫效率不降低的条件下降低了烟气脱硫的投资费用和运行费用、实现废弃物的转化消纳、减少了石灰石开采对环境的冲击。 本项目利用氨碱厂所产废弃碱渣作为脱硫剂，采用循环流化床烟气脱硫净化技术，研究成果如下： 1.     废弃碱渣理化性质全面分析，为脱硫可行性，脱硫机理研究，脱硫后废弃物组成及毒性分析奠定基础。 2.     搭建一循环流化床试验装置，对废碱渣脱硫剂脱硫性能及动力特性进行研究。 3.     设计、研制并搭建循环流化床烟气脱硫中试实验装置（塔高5.6米），实验研究最佳脱硫工艺条件。实验证明，在最佳脱硫条件下，脱硫效率可达到85％以上。同时研究脱硫装置运行期间各测点温度、湿度、压力、脱硫剂浓度、SO2浓度等的变化规律，研究不同粒径废碱渣，不同喷水量，不同脱硫剂循环量等因素对脱硫效率的影响，为实际废碱渣循环流化床烟气脱硫装置的设计和运行调试奠定基础。 4.     嘉兴35t/h垃圾焚烧炉烟气净化塔现场实验研究，确定废碱渣脱硫最佳工艺条件，实验证明，在最佳脱硫条件，脱硫效率可达到85％。同时研究脱硫塔运行期间不同测点温度、湿度、压力、脱硫剂浓度、SO2浓度等的变化规律，研究不同粒径废碱渣，不同喷水量，不同脱硫剂循环量等因素对脱硫效率的影响。 5.     对比脱硫前后废碱渣理化性质的变化，分析脱硫机理。分析测定脱硫后废弃物的毒性，证明此废弃物无毒，可直接排放或利用。 6.     对废碱渣循环流化床烟气脱硫技术的经济性进行评估，与石灰石/石灰湿法烟气脱硫相比，在相同的脱硫效率下，建造费用降低30－50％，运行费降低50－60％。

本发明公开了一种循环流化床锅炉炉膛内带二次风喷射的十字受热屏。循环流化床锅炉带二次风喷射的十字受热屏放置在循环流化床锅炉炉膛内,循环流化床锅炉炉膛包括布风板、水冷壁、顶棚、循环流化床锅炉炉膛。带二次风喷射的十字受热屏包括十字受热屏和柱形风道,十字受热屏下部通过弯管段围合成为柱形风道,十字受热屏和柱形风道为膜式壁。本发明的循环流化床锅炉带二次风喷射的十字受热屏在提供炉内扩展受热面的同时,为炉内物料混合留出空间;下部的二次风喷口能在需要的高度向炉膛中心区域补充燃烧所需空气,实现循环流化床锅炉分级燃烧,降低NOx排放。

本发明公开一种低氮燃烧循环流化床锅炉的燃烧与SNCR脱硝协同优化方法，在低氮燃烧循环流化床锅炉炉膛内水冷壁区域敷设绝热材料；首先借助CFD软件对锅炉进行炉膛燃烧和旋风分离器处SNCR脱硝反应的全系统数值模拟，然后根据锅炉实际工况制定绝热材料布置方案、代入CFD软件中进行设计验证，在满足超低排放的基础上，以炉膛出口的焦炭质量浓度与旋风分离器出口的氨逃逸量作为评价指标确定绝热材料最终的敷设位置及敷设面积。采取在循环流化床锅炉水冷壁区域敷设绝热材料的方法，提高了进入旋风分离器内的烟气温度，可提高SNCR脱硝效率，避免过量喷氨；同时，敷设绝热材料实现了温度上升，降低了炉膛处口处的飞灰含碳量，实现了燃烧与脱硝的协同优化。