高硫燃料下的CFB锅炉脱硫新路径：锅炉内脱硫+CFB-FGD耦合方案解析

基于福建龙净环保Pan Xueqin在11th International Conference on Electrostatic Precipitation上的技术实践

关键词
CFB boiler, Desulfurization in the boiler, CFB-FGD, 高硫燃料, 工业烟气治理

循环流化床锅炉（CFB锅炉）凭借炉内石灰石脱硫、燃料适应性强等优势，已经成为煤电、石化自备电、高耗能行业热电联产项目的重要选择。在800–1000 ℃的燃烧温度窗口内，石灰石分解生成CaO并与SO₂充分接触，是CFB锅炉“自带”脱硫能力的技术基础。然而，随着各国SO₂排放标准趋严，以及高硫煤、石油焦等低价高硫燃料的大量使用，单纯依赖炉内石灰石投加，已经越来越难以在经济性和低排放之间取得平衡。这一行业背景下，“CFB锅炉+CFB-FGD干法循环流化床脱硫”的新型耦合技术逐步进入主流视野。

本文解读的研究来自福建龙净股份有限公司（Fujian Longking Co. Ltd）的Pan Xueqin，在第11届国际静电除尘会议（11th International Conference on Electrostatic Precipitation）上发表的技术报告《New Concept of CFB Boiler with FGD》，系统阐述了CFB锅炉配套CFB-FGD的工艺思路、核心反应机制、工程特点及国际实际应用案例，为高硫燃料条件下的超低成本脱硫方案提供了一个具有工程可复制性的技术范式。

从机理上看，CFB锅炉炉内脱硫本身具有明显优势。锅炉主燃区长期运行在800–1000 ℃的温区，恰好对应石灰石高活性分解区间。在合适的Ca/S摩尔比和粒径条件下，炉内脱硫效率一般可稳定在70%–90%。工程经验表明，当Ca/S约为2.2时，脱硫效率可达80%；Ca/S提升至3左右，效率可接近90%。这使得传统CFB锅炉在中低硫燃料应用场景中具备较好的环境经济性。然而，当燃料硫分Sar≥3%（对应原始烟气SO₂浓度可超过6000 mg/Nm³）时，要实现烟气出口低于400 mg/Nm³这样的排放约束，仅靠提高锅炉内Ca/S已经难以奏效。一方面，Ca/S继续提高并不能成比例提升总脱硫效率；另一方面，过量石灰石会带来燃烧效率下降、床温升高、NOx生成增加等连锁问题，反而削弱了CFB锅炉整体工况的稳定性与环保综合表现。

为打破这一瓶颈，Pan Xueqin团队提出并实践的技术路线，是在CFB锅炉之后布置循环流化床干法脱硫装置（CFB-FGD），形成“炉内脱硫+炉外CFB-FGD深度净化”的两级组合工艺。其典型烟气流程为：CFB锅炉→CFB-FGD吸收塔→袋式除尘器或静电除尘器（ESP）→引风机→烟囱。含尘烟气携带大量未反应的CaO由锅炉出口进入CFB-FGD吸收塔底部，在文丘里段加速后形成高紊流强度的气固两相流，颗粒在塔内循环流化，气固间相对滑移速度增大，从而实现强化传质与传热。该段工况是实现高效干法脱硫的关键特征。

在CFB-FGD吸收塔内，系统通过高压喷雾水直接调湿并促使CaO水化生成Ca(OH)₂，无需额外设置独立干法消化器。这一设计思路在流程上明显简化了传统半干法或干法脱硫系统。水化生成的Ca(OH)₂作为高活性脱酸剂，与烟气中的SO₂、SO₃等酸性气体发生吸收反应，生成CaSO₃·1/2H₂O、CaSO₄·1/2H₂O等固体产物；其后，CaSO₃在烟气中的氧气作用下进一步被氧化为稳定的CaSO₄。与此同时，塔内的Ca(OH)₂还可对HCl、HF和CO₂等成分发生吸附反应，生成相应的氯化物、氟化物和碳酸盐。这种多污染物协同控制特征，使CFB-FGD不仅是一套脱硫装置，也具备一定的多酸性气体净化能力。

技术路径上的另一个关键点，是充分挖掘和利用CFB锅炉飞灰中的高活性CaO资源。CFB燃烧温度区间内石灰石分解程度高，所得CaO孔隙率大、比表面积高，具备良好的二次反应活性。Pan Xueqin指出，CFB锅炉飞灰中的CaO可以作为CFB-FGD的主要吸收剂来源，在很多高硫燃料项目中几乎无需外购新鲜石灰或消石灰。考虑到传统FGD工程中吸收剂成本通常占运行成本的40%–60%，这种“飞灰再利用”模式不仅显著降低了脱硫剂成本，也有助于缓解飞灰中游离CaO含量过高对综合利用带来的不利影响。

在除尘方式上，CFB-FGD下游可以灵活配置袋式除尘器或静电除尘器，实现颗粒物高效捕集。CFB-FGD本身具有良好的气固分离与循环特性，对粉尘亦有显著削减作用，与高效除尘设备组合后，可以在同一套“岛式”系统内同步实现SO₂与粉尘达标控制。对于国内正在推广的“超低排放改造”项目而言，这种一体化“脱硫+除尘岛”布置模式与现有电除尘、袋滤器系统具有较好的工程兼容性和改造可行性。

从工程案例看，该技术路径已经在多个国家和不同燃料条件下得到验证。论文中列举了三个具有代表性的项目：其一是美国波多黎各GUAYAMA电站，配置2×300 MW机组，燃用硫分3%–4%的硬煤。通过CFB锅炉+CFB-FGD，机组SO₂排放控制在100 mg/Nm³，粉尘排放为50 mg/Nm³，自1998年9月投运以来，长期稳定运行，证明了在高硫硬煤工况下，该组合工艺具备可靠性与高效性。

第二个案例是爱尔兰Lanesborough电站，单机容量1×100 MW，燃料为硫分约4%的泥炭，由Foster Wheeler提供CFB锅炉。该项目在CFB-FGD投运后，SO₂排放稳定在200 mg/Nm³，粉尘排放约30 mg/Nm³。更具工程意义的是，运行数据表明，依托锅炉飞灰中富集的高活性CaO即可满足吸收剂需求，几乎不需要额外补加石灰，充分印证了“飞灰即吸收剂”的设计理念在实际工况下的可行性。

第三个案例来自中国石化广州公司动力分部，机组规模为2×100 MW，燃料为硫分高达6.7%的石油焦，同样由Foster Wheeler提供CFB锅炉。该项目设计烟气量约为465400 Nm³/h，投运后SO₂排放控制在200 mg/Nm³，粉尘排放约50 mg/Nm³，自2007年12月运行以来，展示了该耦合技术在超高硫石油焦燃烧场景下仍能实现稳定达标的能力。从行业角度看，这为国内炼化企业石油焦资源高效利用，同时满足日益严格的环保约束提供了一个成熟的工程模板。

综合来看，Pan Xueqin提出的“CFB锅炉+CFB-FGD”新概念，在技术逻辑上完成了几项关键平衡：一是通过适度降低炉内Ca/S，保障燃烧效率并抑制NOx生成，再由炉外CFB-FGD完成深度脱硫，实现高硫燃料低成本达标排放；二是把CFB锅炉视为高活性CaO“预制工厂”，在脱硫系统层面二次利用飞灰活性组分，显著压缩吸收剂成本；三是在同一“岛式”系统内实现脱硫、除尘一体化设计，为后续与静电除尘器、袋式除尘器及现有烟气治理系统的耦合预留足够弹性。对正在推进超低排放改造、高硫燃料替代以及希望优化全生命周期成本的电力、石化、建材企业而言，这一CFB-FGD技术路径及其工程实践，为烟气治理系统整体优化提供了具有参考价值的可行方案。

参考文献
[1] Pan XQ. New concept of CFB boiler with FGD[C]//Proceedings of the 11th International Conference on Electrostatic Precipitation. Fujian Longking Co. Ltd, Fujian, China.
[2] Sauer H, Baege R. New aspects of the CFB technology for flue gas cleaning[C]//PowerGen Europe. 2002.

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