宋国良研究员：循环流化床超低NOx与SO2排放技术研究进展
循环流化床（CFB）燃烧技术因燃料适应性广、污染排放低、变负荷能力强等优势，得到迅速推广和发展应用。CFB锅炉通常采用两级脱硝和两级脱硫使NOx和SO2满足超低排放标准，但使用烟气处理装置大幅增加了CFB锅炉治污成本，因此如何在不使用脱硝和脱硫装置的条件下使CFB锅炉排烟中NOx和SO2含量达到超低排放标准成为未来CFB技术发展主流方向。
为低成本实现CFB锅炉NOx与SO2原始超低排放，中国科学院工程热物理研究所宋国良研究员论述了现有常规CFB超低NOx排放技术（二级脱硝技术）、CFB超低NOx燃烧技术、常规CFB超低SO2排放技术（二级脱硫技术）、CFB超低SO2排放技术和CFB超低NOx和SO2协同控制技术等，以明晰现有研究的不足，凝练关键科学问题，为实现CFB锅炉炉内超低NOx和SO2协同控制技术提供理论支撑。
摘要
因固有的低污染物排放控制成本优势，循环流化床（CFB）锅炉已成为商业化程度最好的洁净煤燃烧技术之一。随着超低排放标准的提出，CFB燃烧技术也面临巨大挑战。为满足超低排放标准，通常要使用烟气净化处理装置，导致CFB锅炉污染控制成本显著增加。如何低成本实现CFB锅炉NOx与SO2原始超低排放成为关注焦点。系统论述了现有CFB超低NOx和SO2排放技术、最新开发的CFB超低NOx燃烧技术、炉内CFB超低SO2排放技术和CFB超低NOx、SO2协同控制技术等。研究表明：开发高效分离器不仅可提升CFB燃烧效率，也是保证超细石灰石高效脱硫的前提，分离器效率越高，CFB燃烧效率和超细石灰石脱硫效率越高；随着循环流化床锅炉的大型化发展，炉膛截面越来越大，如何实现超细石灰石在大型炉膛内横向的均匀混合成为第1个技术难点；控制单一气体使其满足超低排放的技术相对成熟，但如何协同控制NOx和SO2使之满足超低排放标准成为第2个技术难点；现阶段CFB炉内超低排放技术仅针对某些特定的燃料可达到超低排放，针对其他常规燃料，NOx和SO2能否达到超低排放仍需要进一步深入研究。
1 CFB超低NOx排放技术
1.1 常规CFB超低 NOx排放技术
为达到超低排放标准，CFB锅炉普遍采用“两级脱硝”实现NOx深度脱除，即采用炉内低氮燃烧技术和炉外烟气脱硝技术。炉外烟气脱硝技术主要有3种: SCR技术、SNCR技术和SNCR-SCR技术。因此，常规CFB超低NOx排放技术包括低氮燃烧+SCR技术、低氮燃烧+SNCR技术和低氮燃烧+SCR-SNCR技术，3种技术如图1、图2和图3所示。
图1 低氮燃烧+SCR超低NOx排放技术
图2 低氮燃烧+SNCR超低NOx排放技术
图3 低氮燃烧+SNCR-SCR超低NOx排放技术
1.2 CFB超低 NOx燃烧技术
CFB超低NOx燃烧技术是指在不使用烟气脱硝装置的条件下使锅炉排烟中NOx含量达到超低排放要求。目前，能够达到超低排放标准的CFB超低NOx燃烧技术主要有：循环流化床高温后燃技术、基于流态重构的循环流化床燃烧技术和解耦燃烧技术，3种技术如图4、图5和图6所示。
图4 循环流化床高温后燃超低NOx燃烧技术
图5 基于流态重构的循环流化床超低NOx燃烧技术
图6 解耦燃烧超低NOx排放技术原理示意
2 CFB超低SO2排放技术
2.1 常规CFB超低SO2排放技术
为达到超低排放标准，现有CFB锅炉普遍采用“两级脱硫”，即采用炉内喷钙脱硫技术和炉外烟气脱硫技术。炉外烟气脱硫技术主要有2种：半干法脱硫和湿法脱硫。因此，常用的CFB超低SO2排放技术也分为炉内喷钙脱硫+烟气湿法脱硫和炉内喷钙脱硫+烟气半干法脱硫2种，如图7和图8所示。
图7 炉内喷钙脱硫+烟气半干法脱硫超低排放技术
图8 炉内喷钙脱硫+烟气湿法脱硫超低排放技术
2.2 CFB超低SO2排放技术
常规的CFB超低SO2排放技术需进行二次脱硫，且必须使用尾部烟气脱硫装置，增加了CFB锅炉脱硫成本。如何在不使用尾部烟气脱硫装置的情况下，达到超低SO2排放受到更多关注。目前，CFB超低SO2排放技术有2种：超细石灰石和燃烧半焦脱硫技术，如图9和图10所示。
图9 超细石灰石超低排放技术
图10 燃烧半焦脱硫超低排放技术
3 CFB炉内超低NOx/SO2排放技术
为实现CFB炉内超低NOx和SO2排放，将CFB超低NOx燃烧技术和超细石灰石相结合的技术具有较大潜力，即循环流化床高温后燃技术与超细石灰石脱硫技术；同时将CFB超低NOx燃烧技术与半焦燃烧脱硫技术结合也可能实现超低NOx和SO2排放。
上述2类技术都需使用超细石灰石，因此需解决以下关键问题：①研发高效率旋风分离器。高效旋风分离器是保证超细石灰石高效脱硫的前提，旋风分离器效率越高，超细石灰石脱硫效率越高。②保证超细石灰石在大截面炉膛内的分布均匀性。循环流化床锅炉正朝着大型化发展，炉膛截面越来越大，如何实现超细石灰石在大型炉膛内横向的均匀混合成为难点。
4 CFB超低NOx/SO2排放技术
根据是否使用烟气处理装置，超低排放技术可以分为2类：一种是使用烟气处理装置的常规CFB超低NOx/SO2排放技术，另一类是不使用烟气处理装置的CFB超低 NOx/SO2排放技术。与常规CFB超低NOx/SO2排放技术相比，CFB超低NOx/SO2排 放技术有很多优势：由于不使用烟气处理装置，初投资和运行成本明显降低，操作简单，占地面积显著减小等。
5 结语与展望
本文论述了现有的CFB超低NOx和SO2排放技术，发现在不使用烟气净化装置的情况下，NOx和SO2相应的超低排放控制技术都不够成熟；而对于CFB超低NOx和SO2协同控制技术的研究报道甚少。因此，后期应加强以下研究：
1）开发高效旋风分离器。高效旋风分离器不仅可以提升CFB燃烧效率，也是保证超细石灰石高效脱硫的前提。分离器效率越高，CFB燃烧效率和超细石灰石脱硫效率越高。
2）如何保证超细石灰石在大截面炉膛内的分布均匀性是关键。超细石灰石可大大减弱炉内脱硝的消极影响，也可维持较高脱硫效率，但随着循环流化床锅炉大型化发展，炉膛截面越来越大，如何实现超细石灰石在大型炉膛内横向的均匀混合是难点。
3）发展CFB炉内超低NOx和SO2原始排放协同控制技术。目前控制单一气体使其满足超低排放的技术相对成熟，但如何同时控制NOx和SO2使之满足超低排放标准是技术难点。
4）超低排放条件下的燃料适应性。目前CFB炉内超低排放技术局限于某些特定燃料可以达到超低排放，针对其他特殊燃料，NOx和SO2能否达到超低排放仍需进一步深入研究。
5）低负荷下CFB炉内超低排放技术。锅炉在低负荷下如何实现超低排放还需进一步深入研究。
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王超,宋国良,吕清刚.循环流化床超低NOx与SO2排放技术研究进展[J].洁净煤技术,2021,27(4):17-25.
WANG Chao,SONG Guoliang,LYU Qinggang.Research progress on ultra-low NOx and SO2 emission control technology for CFB boilers[J].Clean Coal Technology, 2021,27(4):17-25.