随着国家对燃煤电厂、热源厂污染物排放要求的不断提高,超低排放已成为决定燃煤电厂、热源厂能否运行的关键指标。为此,全国成千上万燃煤电厂、热源厂投入大量资金加装除尘、脱硫、脱硝装置,对锅炉岛进行环保改造,这既增加了设备资金投入,又提高了锅炉岛运行、维护成本。如果燃煤锅炉初始烟气产生的污染物较少,甚至锅炉烟气初始排放就能达到超低排放要求,则燃煤电厂、热源厂投入的脱硫、脱硝、除尘设备就能大大减少,燃煤电厂、热源厂的经济效益就会明显提高。近年来,太原锅炉集团有限公司与清华大学合作,在流态重构节能型循环流化床锅炉的基础上,探索研制超低排放循环流化床锅炉。多台50 MWe循环流化床锅炉的鉴定试验已取得阶段性成果。

1 超低排放循环流化床锅炉

超低排放是指锅炉烟气中尘、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度[基准含氧量(体积分数)为6%]分别不超过10、35、50 mg·Nm-3。目前燃煤电厂、热源厂在役的常规循环流化床锅炉烟气初始NOx的排放质量浓度一般大于300 mg·Nm-3,有的甚至更高,极个别由于煤种因素可能低于200 mg·Nm-3。不投入石灰石时,锅炉烟气中SOx初始排放质量浓度一般在1 500 mg·Nm-3以上,投入石灰石后一般在300～400 mg·Nm-3。常规循环流化床锅炉烟气初始排放SOx和NOx质量浓度远远超过锅炉岛超低排放值,因此,大多数燃煤电厂、热源厂只能选择加装投资大、运行成本高的SCR脱硝和湿法脱硫设备。如果燃煤电厂、热源厂锅炉烟气初始排放值较低,能够实现低于或者接近超低排放值,则采用简单的炉内选择性非催化还原(SNCR)脱硝或热备、炉内石灰石+炉后半干法脱硫或热备,就可以满足超低排放要求,从而大大降低设备投资和运行成本。

2 超低排放循环流化床锅炉的设计基础

2.1 煤的分析

锅炉烟气中的SO2和NOx是由煤燃烧生成的,因此,设计超低排放循环流化床锅炉首先必须对设计煤种特性进行分析。常规循环流化床锅炉设计时,锅炉制造厂需要用户提供设计煤种的化学元素分析结果和煤的粒径分布,其主要目的是进行锅炉热力计算、烟风阻力计算和结构布置等。

（1）色谱条件：XbridgeTM-C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；填充剂为十八烷基硅烷键合硅胶；流动相为乙腈-0.5%氨水，梯度洗脱：0～45 min，30%～60%乙腈；45～80 min，60%～80%乙腈；80～120 min，80%乙腈；体积流量0.5 mL/min；检测波长235 nm；柱温30 ℃；进样量20 μL。

超低排放循环流化床锅炉设计时,除完成上述工作以外,对选定的设计煤种、设计石灰石也要进行取样试烧试验。试烧过程中,测定不同燃烧工况下烟气中SO2和NOx的含量、灰的成灰磨耗特性、石灰石烧结特性和脱硫活性等。将试烧试验结果作为循环流化床锅炉床温、还原气场及分离器优化设计的基础。

2.2 NOx的生成

烟气中NOx主要包括NO、NO2和N2O。NOx的生成分为三种类型,即燃料型、温度型、快速温度型。循环流化床燃烧属于低温燃烧技术,燃烧温度一般控制在800～900 ℃之间,因此,循环流化床锅炉烟气中的NOx主要是燃料型,NOx中的N元素来自于煤,与空气中的N元素关系不大。循环流化床锅炉烟气中NOx主要成分是NO,占95%以上,另有少量的NO2和N2O[1]。

通过式(13)和式(15)易得,即设计的滑模负荷频率控制器在满足假设条件的前提下,能够使系统的运动轨迹保持在滑模面附近,使得系统对于不确定项和扰动项均具有鲁棒性。

循环流化床燃烧也属于分段燃烧。燃料型NOx主要在煤的干馏燃烧过程中生成于流化床和密相区,因此,合理控制此区间的燃烧温度、氧量就能降低NOx的生成量。在一个足够大的流化床和密相区空间里,严格控制燃烧温度、氧量和燃烧物料的颗粒粒径,以便生成大量的CO,并将NO还原成N2。其化学反应过程为

2.3 LncRNA BLACAT1可促进星形细胞瘤的增殖、侵袭、迁移 RTCA增殖实验证实NC组增殖速度明显快于silence组，见图3。在Transwell侵袭及迁移试验中，NC组侵袭及迁移能力明显强于silence组，见图4。在划痕实验中，silence组愈合速度明显慢于NC组，见图5。以上结果表明，lncRNA BLACAT1可促进星形细胞瘤的增殖、侵袭、迁移。

CO2+C=2CO

2NO+2CO=2CO2+N2

由于循环流化床燃烧属于分段燃烧,循环流化床锅炉炉内完全可以设计一个还原区,这样既可以抑制NO的生成,又可以还原NO,且对锅炉燃烧、传热基本没有影响,而其他燃烧方式目前还不具备此条件。因此,循环流化床锅炉具备实现NOx初始超低排放的先决条件。

2.3 SOx的生成

循环流化床锅炉属于分段燃烧。为了确保物料燃尽、炉内传热,二次风以上炉膛部分氧量必须是过剩的。目前一般设计过剩空气系数为1.2～1.25。提升二次风高度,拉大二次风与布风板之间的距离,可为NO和CO发生充分的化学反应留出足够的时间与空间。

学生习作：不必说宽阔的运动场，枣红的橡胶跑道，高大的教学楼，整齐的道边杨柳；也不必说学生在教室里高声朗诵，好静的学生扎根在图书馆，好学的学生缠着老师追问不休。单是校园中心的花坛就有无限的趣味。花坛中间的菊花竞相开放，争奇斗艳，红的像火一样鲜红，黄的像金子一样耀眼，粉的像晚霞一样美丽。再看看花坛周围，曾“碧玉妆成一树高”的垂柳，那“万条垂下绿丝绦”也失去往日的生机。一片片黄叶成群结队地往下落，刚刚扫过的地面，转眼间，又铺上一层厚厚的地毯，走在上面软绵绵的，真舒服！远处几个细心的女同学，正在地上捡拾树叶，准备夹在日记本里做标本。

煤在燃烧过程中,所有的可燃硫都会随着受热从煤中析出。在氧化性气氛中,可燃硫均会被氧化成SO2。循环流化床锅炉烟气排放的SOx中,一般SO2占98%左右,SO3只占0.5%～2%左右,相当于煤中1%～2%的硫分以SO3的形式析出[1]。

煤在循环流化床锅炉中燃烧,黄铁矿硫(FeS2)在300 ℃时即开始失去硫分,但其大量分解则发生在650 ℃以上。在氧化气氛中,FeS2直接生成SO2。有机硫在煤中是均匀分布的,一般在煤被加热至400 ℃时即开始大量分解析出,但对不同煤种稍有差异。有机硫经过燃烧分解析出,氧化后生成SO2。在循环流化床锅炉中,单质硫从流化床到密相区、稀相区、分离器、返料器都可能生成SO2。反应方程式为

S+O2=SO2。

周妈的遗像摆在矮柜上，前面还放着一个玻璃瓶，周泽赡（小）踮起脚尖正要把鲜花插在玻璃瓶里，手不小心挡了一下瓶子，瓶子啪的一声，连同鲜花掉在了地上。

2.4 CaO的生成和脱硫

目前降低循环流化床锅炉烟气初始SO2排放最便捷方法是采用石灰石干法炉内脱硫,将CaCO3送入炉膛内煅烧,分解出的CaO与烟气中的SO2发生反应,生成CaSO4随炉渣排出。该过程主要分为两步:

(1) 石灰石在流化床锅炉中煅烧,石灰石中的CaCO3煅烧分解为CaO析出CO2。反应方程式为

超低排放循环流化床锅炉是在节能型流态重构循环流化床锅炉的基础上延伸设计开发的。该锅炉采用单汽包、单炉膛、自然循环、全悬吊结构。锅炉主体结构由膜式水冷壁炉膛、两台高温绝热分离器和尾部对流竖井烟道组成。50 MWe循环流化床锅炉基本结构如图1所示。炉膛内部布置水冷屏和过热屏,尾部竖井布置包墙过热器、对流过热器、省煤器和空气预热器。为了确保锅炉在流态重构后仍能满足传热要求,对超低排放循环流化床锅炉的燃烧热量分配和主要部件做了较大的改进。下面对主要部件改进原理和方向作简要描述。

(2) 煅烧生成的CaO表面呈多孔状,孔隙为硫的固化反应奠定了基础。硫的固化反应即CaO与SO2反应生成硫酸盐。其反应方程式为

CaO+SO2+1/2O2=CaSO4

土壤样品：于2017年8月23日和2018年8月16日采集距茶树施肥沟5~10 cm处0~20 cm、20~40 cm土壤样品，避开路边、田埂、沟边等区域。采用“S”布点法采样，每个小区取5点混合成1个土样并用四分法留取样品，剔除土样杂物、压碎、自然风干后，分别过0.15 mm、0.075 mm筛子后用自封袋分装，密封，于干燥阴凉处保存，待分析测定。

(1) 床温

聚焦核心情节 薛老师通过研读教材发现《爱之链》这篇小说在情节上有一个显著的特点——人物不知道，读者全知道。于是引导学生紧扣这一特点，快速地提炼出了小说中的核心情节。这样的方式，独特而高效，学生特别喜欢，一下子找出了好多“人物不知道，读者全知道”的情节：乔依的妻子不知道乔依帮助老妇人修车还没要报酬；乔依不知道老妇人给自己的妻子留下了钱；老妇人不知道女店主就是乔依的妻子……学生在一次次发言中，感悟到了小说故事情节的“巧”，感悟到了作者的匠心独具，故意为之的“妙”。

当床温低于800 ℃时,CaO孔隙减少,孔径小,反应速度低;当床温高于950 ℃时,CaO内部的孔隙结构会发生部分烧结,降低CaO与SO2的反应速度,导致脱硫效率降低。

(2) 石灰石入炉粒径

1．商业银行人力资本与企业价值存在正相关关系。在5%的显著性水平下，所有模型中人力资本变量（XHC）回归系数均为正值，且人力资本每变动1个单位，商业银行企业价值变动约0.112～0.139个单位。表明人力资本与商业银行的企业价值存在正相关关系，且商业银行人力资本越多，越能够显著促进商业银行企业价值的提升。

石灰石入炉粒径分布对脱硫效率也有较大的影响。理论上,石灰石粒径越小炉内脱硫效果越好,因为减小石灰石粒径能增加其表面积,从而提高反应面积。如果石灰石粒径太小,分离器捕捉能力差,就会有很大一部分随烟气逃逸,从而不能随物料进行多次循环并与SO2长时间发生化学反应,反而增加尾部烟道的飞灰量。最佳的石灰石粒径分布与该锅炉分离器切割粒径有关,分离器对脱硫效率影响很大。

(3) 石灰石品质

石灰石品质对脱硫效率影响十分敏感。不同品质的石灰石反应性能差异很大,在CaCO3含量、晶体结构和孔隙特征上也有所不同。一般应对石灰石做热重分析,测定其反应率指标,从而准确推算钙硫摩尔比。

3 超低排放循环流化床锅炉工程设计

CaCO3=CaO+CO2

  

图1 50 MWe循环流化床锅炉基本结构Fig.1 Fundamental structure of 50 MWe CFB boiler

3.1 流化床床温设计

流化床床温的合理确定是循环流化床锅炉能否实现超低排放的重要基础。在超低排放循环流化床锅炉设计中,首先依据煤种、循环物料流态、受热面结构等确定合理的流化床床温。该床温既要满足炉内石灰石的煅烧要求,又要抑制NO的生成。流化床床温与流化床面积、收缩率、炉膛受热面积、物料燃烧热量分配、循环物料质量、风的配比等因素有关,工程上一般控制在800～900 ℃,以控制在850～880 ℃为佳。目前在役的常规循环流化床锅炉床温一般在900 ℃以上。

3.2 流化床和密相区还原气场设计

由于循环流化床锅炉烟气中NO形成主要集中在流化床和密相区,因此超低排放循环流化床锅炉必须在此相应设计一贫氧区,这样既抑制NO的生成,又可大量生成CO,使NO与CO发生化学反应,将NO还原成N2。炉膛内生成CO需要具备一定的燃烧温度、燃烧物料的表面积、含碳量和欠氧等条件。还原气场设计如图2所示。

  

图2 还原气场设计Fig.2 Design of reducing gas field

3.2.1 欠氧燃烧

循环流化床锅炉床上物料含碳丰富,气固混合强烈,温度较高,物料燃烧速度较快,如果此时减少氧气供给,物料燃烧后烟气中会生成大量CO。循环流化床锅炉床上氧气是由一次风提供的,减少一次风量就能减少供氧量。早期的循环流化床锅炉一次风占总风量的55%左右,超低排放循环流化床锅炉一次风量占总风量的40%～45%,降低了10%～15%。

3.2.2 低料层阻力

例1：(ST)贷存比=贷款余额/存款余额，贷存比按照中国人民银行的规定计算。其中，存款余额包括客户存款以及保险公司和金融控股公司等同业存款(中国银行年度报告：2012)[5]。

3.2.3 提升二次风高度

增加有效物料床存量,提高物料床质量是还原气场设计的必要条件。提高物料床质量,燃料颗粒表面积增大,可提高燃料燃烧速度,有利于CO形成,同时可以保证循环流化床锅炉运行时物料携带量,保证传热的需要。降低料层阻力,虽然减小了一次风量,但仍可保证物料正常流化,可以降低一次风机耗电量。循环流化床锅炉要实现低料层阻力运行,分离器的分离效率是关键。

影响循环流化床锅炉脱硫的主要因素为:

由此可见，在学生学习数学的时候，当学生的学习内容与他们熟知的生活联系在一起的时候，他们会莫名的出现许多熟悉感，亲切感，而这种感受对于拉近学生学习与生活之间的距离起到了明显的促进与推动作用，有助于学生们数学学习质量的全面提升。

C+O2=CO2

煤中的硫除单质硫外,主要分有机硫和无机硫两部分。有机硫是指与C、H等结合生成的复杂化合物(CxHySz);无机硫主要是黄铁矿硫(FeS2)和硫酸盐硫(CaSO4等)。其中,黄铁矿硫和有机硫及单质硫是可燃硫,占煤中硫分的90%以上:硫酸盐硫是不可燃硫,占煤中硫分的5%～10%,是煤中灰分的组成成分。

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3.3 分离器设计

分离器是超低排放循环流化床锅炉的一个关键部件。一般要求分离器对分离物料切割粒径d50在10 μm以下,否则循环物料的床质量不能满足传热和循环燃烧需要。超低排放循环流化床锅炉必须对分离器进行优化设计。分离器的优化设计集中体现在分离器入口形状,流速,加速段、分离器直径,中心筒的形状与布置等。

4 工程应用

基于前文提出的超低排放原理设计的50 MWe超低排放循环流化床锅炉(锅炉1)于2015年4月在山西霍氏自备电厂投入运行。2016年8月国家特种设备检测研究院对该锅炉燃用不同煤种时的性能进行了鉴定试验。该锅炉设计参数见表1。鉴定试验煤种元素分析结果见表2,其中:Qnet为低位发热量;Mar、Vdaf、Aar分别为水分、挥发分、灰分质量分数;Car、Har、Oar、Nar、Sar分别为碳元素、氢元素、氧元素、氮元素、硫元素质量分数。

 

表1 锅炉1设计参数Tab.1 Design parameters of boiler

  

额定蒸发量/(t·h-1)额定蒸汽温度/℃额定蒸汽压力/MPa给水温度/℃排烟温度/℃床温/℃热效率/%22054012.515813788890.69

 

表2 两种试验煤种元素分析结果Tab.2 Properties of two test coal samples

  

煤类型元素分析结果Qnet/(kJ·kg-1)Mar/%Vdaf/%Aar/%Car/%Har/%Oar/%Nar/%Sar/%煤种11667011.5025.2534.6143.261.707.140.731.06煤种21863014.4019.9530.8346.571.864.660.740.94

燃用煤种1时,锅炉蒸发量为222～224 t·h-1,床温为830～860 ℃[2]。投运石灰石后锅炉烟气中SO2和NOx的初始排放质量浓度分别为9.88、49.83 mg·Nm-3,钙硫摩尔比为1.6[3]。燃用煤种2(贫煤)时,锅炉蒸发量为214～216 t·h-1,床温为830～860 ℃[2]。此时,未投运石灰石情况下锅炉烟气中SO2和NOx的初始排放质量浓度分别为676.70、26.69 mg·Nm-3[4]。

美国耶鲁大学经济学家帕特里克（Patrick，1966）在研究金融发展与经济增长的关系问题上提出需求追随理论，综上分析可知，目前广西贫困县域经济产业结构调整所需要的金融支持还远未有效满足，原因在于金融深化程度不够，更为关键在于金融效率不高。因此政策应该主要集中在提高金融效率方面，为此本文从以下几个方面提出金融支持广西贫困县县域经济产业结构调整的政策建议。

2016年10月国家特种设备检测研究院对2016年3月在山东临清三和纺织集团自备电厂投入运行的50 MWe超低排放循环流化床锅炉(锅炉2)进行了鉴定试验。该锅炉设计参数见表3。鉴定试验煤种为贫煤,其元素分析结果见表4。

 

表3 锅炉2设计参数Tab.3 Design parameters of boiler 2

  

额定蒸发量/(t·h-1)额定蒸汽温度/℃额定蒸汽压力/MPa给水温度/℃排烟温度/℃床温/℃设计热效率/%22054013.721513588091.33

 

表4 试验煤种元素分析结果Tab.4 Properties of the test coal

  

Qnet/(kJ·kg-1)Mar/%Vdaf/%Aar/%Car/%Har/%Oar/%Nar/%Sar/%206707.3016.1929.1753.671.975.420.801.67

试验时,锅炉蒸发量为222.85～223.5 t·h-1,床温为830～860 ℃。投运石灰石后锅炉烟气中SO2和NOx的初始排放质量浓度分别为22.6、46.18 mg·Nm-3,钙硫摩尔比为1.82[5]。

上述试验结果表明,基于超低排放原理设计的循环流化床锅炉燃用不同煤种并投运石灰石后,其烟气中SO2、NOx的初始排放质量浓度均低于35、50 mg·Nm-3的超低排放要求。

5 结 语

为实现循环流化床锅炉的超低排放,通过对流化床床温、流化床和密相区还原气场、分离器等的优化,对流态重构循环流化床锅炉进行了超低排放优化设计。锅炉的实际运行试验结果表明,所开发的循环流化床锅炉烟气中NOx、SOx初始排放质量浓度达到了超低排放要求。研究为该类型循环流化床锅炉的进一步推广应用奠定了基础。

参考文献:

教师在教学过程中应注意启发学生学习如何思考问题、如何提出有价值的问题。例如，可根据社会上近期发生的引起重大关注的事件或学生提出的问题设定主题，先进行小组讨论，各小组推选代表上讲台讲述，鼓励学生提出各自的疑问和见解，引导他们多角度、多层面地思考问题。

[1] 刘勇,吴国忠.NOx的生成原理[J].油气田地面工程,2007,26(4):32-33.

[2] 吕俊复,张建春,岳光溪,等.基于炉内脱硫和低氮燃烧的超低排放循环流化床锅炉技术报告[R].北京:中国机械工业联合会,2017.

[3] 于吉明,齐国利,管坚.锅炉环保测试报告(16E0033-BG02R1)[R].北京:中国特种设备检测研究院.2016.

[4] 于吉明,齐国利,管坚.锅炉环保测试报告(16E0033-BG01R1)[R].北京:中国特种设备检测研究院.2016.

[5] 王龙,齐国利,管坚.锅炉环保测试报告(16E0041-BG01)[R].北京:中国特种设备检测研究院.2016.