热动循环流化床燃烧过程中的污染控制技术

热动循环流化床燃烧过程中的污染控制技术

王胜杰

大唐鸡西第二热电有限公司 黑龙江省鸡西市 158100

摘要：研究概述循环流化床燃烧过程中产生的主要污染物种类及其产生的环境影响，然后探究控制污染物的主要方法，包含烟气处理、燃料准备和处理，最后分析提高污染控制水平的先进技术，包括流化床洗涤器和选择性催化还原系统。研究阐明循环流化床燃烧中实施污染控制技术的必要性，旨在通过对污染控制技术的合理运用实现高效、绿色、环保的生产目标。

关键词：循环流化床；燃烧过程；污染控制技术

循环流化床燃烧技术是一种高效、通用的固体燃料燃烧方法，具有燃料灵活性、提高燃烧效率、降低排放等优点。在循环流化床锅炉中，固体燃料颗粒悬浮在惰性材料床内的湍流气流中，促进混合并确保高效燃烧。由于该技术能够处理各种燃料类型和尺寸，同时最大限度地减少污染物，因此已广泛应用于发电、垃圾焚烧和各种工业生产过程。

尽管固体燃料具有许多优点，但循环流化床燃烧可能会导致严重的污染问题。二氧化硫 (SO2)、氮氧化物 (NOx)、颗粒物 (PM) 和二氧化碳 (CO2) 等污染物的排放可能会造成环境污染，给人类带来健康风险。此外，某些燃料的燃烧可能会将有害的微量元素释放到大气中。有效的污染控制措施是循环流化床燃烧技术可持续性运用的基础。

1.燃烧过程中的污染问题

1.1燃烧中产生的主要污染物类型

循环流化床燃烧过程中会产生各种污染物，对人类健康和环境产生不利影响。主要污染物包括：

（1）二氧化硫 (SO2)：由煤炭和石油等含硫燃料燃烧产生，SO2 会导致酸雨形成和人类呼吸系统问题。（2）氮氧化物 (NOx)：燃烧空气中的氮气在高温下与氧气发生反应时形成，NOx 排放会导致烟雾形成、酸雨和呼吸问题。（3）颗粒物 (PM)：燃烧过程中排放的小颗粒由灰烬、烟灰和其他固体材料组成。PM 可以深入肺部，引起呼吸系统疾病和心血管疾病。（4）一氧化碳 (CO)：由含碳燃料不完全燃烧产生，CO 是一种有毒气体，高浓度时会导致头痛、头晕，甚至死亡。（5）挥发性有机化合物 (VOC)：燃烧过程中释放的有机化学物质有助于形成地面臭氧，并对空气质量和人类健康产生不利影响。（6）有害微量元素：某些燃料（例如煤和生物质）的燃烧会释放微量元素，例如汞、砷和铅，这些元素可以在环境中生物累积并造成严重的健康风险。

1.2 污染物对环境的影响

循环流化床燃烧过程中产生的污染物具有一系列的环境影响，包括：

（1）空气污染：二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和其他污染物的排放会造成空气污染，导致烟雾形成、能见度降低和人类呼吸道疾病。（2）酸沉积：二氧化硫和氮氧化物的排放会导致酸雨的形成，酸雨会使土壤和水体酸化，损害水生生态系统并腐蚀建筑物和基础设施。（3）全球气候变化：化石燃料的燃烧会释放二氧化碳，这是一种温室气体，通过捕获大气中的热量而导致全球变暖和气候变化。（4）生态破坏：燃烧过程中排放的污染物会危害动植物生命，破坏生态系统，降低生物多样性，导致长期环境破坏。

2.污染控制技术

2.1污染物控制的主要方法

一是烟气处理：烟气处理是控制循环流化床燃烧系统污染物排放的主要方法。燃烧过程产生的烟气含有多种污染物，包括二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）和微量元素[1]。烟气处理技术旨在在这些污染物释放到大气中之前去除或减少它们。常见的烟气处理方法包括：

（1）脱硫：烟气脱硫系统用于通过用碱性吸附剂（通常是石灰石或石灰）洗涤烟气来去除烟气中的二氧化硫。该过程将二氧化硫转化为硫酸钙或亚硫酸钙，可以安全处置。烟气脱硫系统可以实现二氧化硫的高去除效率，减少排放并减轻酸雨的形成。（2）反硝化：高温燃烧过程中会形成氮氧化物，导致空气污染和烟雾形成。选择性催化还原和选择性非催化还原是循环流化床系统中常用的脱硝技术。选择性催化还原系统利用催化剂促进氮氧化物与氨或尿素之间的反应，将其转化为氮气和水蒸气。选择性非催化还原系统将氨或尿素直接注入燃烧室，通过化学反应减少氮氧化物排放。（3）颗粒物控制：循环流化床燃烧产生的颗粒物排放可使用静电除尘器或织物过滤器（袋式除尘器）进行控制，这些设备通过静电充电或通过多孔织物介质过滤烟气中的颗粒物来去除颗粒物。静电除尘器和袋式除尘器能够高效捕获细颗粒物，确保符合排放标准并降低与颗粒物暴露相关的健康风险。

二是燃料制备和处理：正确的燃料制备和处理可以保证循环流化床系统中最小化排放和优化燃烧效率。尺寸、水分含量和化学成分等燃料特性可以显著影响燃烧性能和污染物的形成。通过燃料制备和处理控制污染物的主要方法包括：

（1）燃料干燥：固体燃料中的水分含量会影响燃烧效率和排放。将燃料干燥至最佳湿度水平可减少过量空气需求并提高燃烧稳定性，从而减少一氧化碳 (CO) 和挥发性有机化合物 (VOC) 等污染物的排放[2]。（2）缩小燃料尺寸：将固体燃料研磨或切碎成更小的颗粒，可以增加其表面积并促进更均匀的燃烧，这减少了未燃烧碳的形成，并最大限度减少了颗粒物和一氧化碳的排放。

2.2加强污染控制的先进技术

一是流化床洗涤器：流化床洗涤器是先进的污染控制装置，用于去除循环流化床系统烟气中的二氧化硫 (SO2) 和氯化氢 (HCl) 等污染物，这些洗涤器利用吸附剂颗粒（通常是石灰石或白云石）的流化床来吸收烟道气流中的酸性气体。吸附剂与酸性气体反应形成不溶性化合物，这些化合物被捕获并从系统中去除。流化床洗涤器应用优势明显，包括去除效率高、设计紧凑以及处理不同气体流速和污染物浓度的灵活性。

二是选择性催化还原系统：选择性催化还原系统是先进的污染控制技术，用于减少循环流化床系统的氮氧化物 (NOx) 排放。选择性催化还原系统利用通常由二氧化钛或氧化钒制成的催化剂来促进氮氧化物与注入烟道气流中的氨或尿素之间的反应，该反应将氮氧化物转化为氮气和水蒸气，这些都是无害的气体[3]。选择性催化还原系统对氮氧化物排放具有很高的去除效率，并且可以满足严格的排放标准。此外，选择性催化还原系统可以与烟气脱硫系统集成，实现二氧化硫和氮氧化物的同时脱除，进一步加强循环流化床燃烧过程中的污染控制。

结束语：

研究探讨了循环流化床燃烧过程中常见的污染问题，包括污染物类型及其产生的重大环境影响，进而彰显了实施污染控制措施的必要性。而包括烟气处理、燃料准备和处理、流化床洗涤器和选择性催化还原系统在内的污染物控制方法与控制技术先进技术是研究重点。

未来，循环流化床燃烧污染控制技术发展前景广阔，预计后续的研究和开发工作将集中于进一步提高污染物减排技术的效率和有效性，此外，清洁能源技术的进步，包括可再生燃料和碳捕获与储存，有可能进一步减少循环流化床燃烧系统的污染物排放量。总体而言，循环流化床燃烧过程中的污染控制问题值得引起高度重视，以提高能源利用效率、促进可持续发展。

参考文献：

[1]赵怀玉,王洪平,王磊.炉内脱硫脱硝超低排放循环流化床燃烧技术[J].化学工程与装备,2023(7):161-163.

[2]吕俊复,蒋苓,柯希玮,等.碳中和背景下循环流化床燃烧技术在中国的发展前景[J].煤炭科学技术,2023,51(1):9.

[3]张心人境,孟亚男,高思航,等.模糊PID控制在循环流化床锅炉燃烧系统中的设计及仿真[J].吉林化工学院学报,2022,39(9):52-54.