“双碳”目标，促CFB锅炉配套低劣CFB干法脱硫的“打假”

为积极应对气候变化，2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，即“3060”双碳目标。

当前，我国二氧化碳排放占到全世界碳排放近30%。煤电行业的碳排放量占我国总体碳排放量的30%以上。为此，燃煤锅炉行业是我国实现“3060”双碳目标的重点碳减排工业领域。

循环流化床锅炉（CFB锅炉）对低劣值煤的适应性强，自身NOx排放浓度低，且通过炉内喷钙还可以实现一定的炉内脱硫率，降低锅炉出口的SO2浓度，因此也被称为绿色环保锅炉，大量应用于300MW机组及以下的发电及热电项目上。

但，CFB锅炉炉内脱硫反应，是通过喷入CaCO3作为脱硫剂的纯干式气固反应，钙硫比先天比较高。一般CFB炉内脱硫率在80%时，对应的钙硫比为2~2.5。当炉内脱硫率超过80%以后，钙硫比将呈指数上升，所消耗的石灰石量将急剧升高，甚至翻数倍。石灰石耗量大幅增加，造成大量石灰石浪费直接排入灰渣、烟气量增加及煅烧石灰石引起大量的热损失，从而导致锅炉热效率快速下降、炉膛磨损加剧，以及碳排放增加。这也就是许多CFB锅炉电厂不设炉后脱硫，只依靠CFB锅炉炉内脱硫来保证低排放，炉渣和除尘灰往往出现“炸灰”现象的原因。

烟气循环流化床（CFB）干法脱硫具有多污染物协同脱除、无废水、排烟透明等优点，与CFB锅炉配套，可利用CFB锅炉炉内脱硫产生的高钙灰，与炉内脱硫有机耦合，形成炉内炉外的两级脱硫，经济地实现超低排放。

但，CFB干法脱硫工艺涉及气液固三相反应，技术难度大。CFB干法脱硫的高脱硫率是通过脱硫塔高密度物料床层和大量喷水降温来实现的，其技术难点是如何避免工况波动下高密度物料床层发生“塌床”，以及确保工艺注水蒸发得到有效蒸发，避免脱硫灰过湿，导致发生塔壁结垢、布袋糊袋、灰斗板结等导致锅炉停机的“一剑封喉”故障。这一技术难点，随CFB干法脱硫率要求上升到80%以后将大幅上升。

我国燃煤锅炉早在2013年就已被要求实现超低排放，即SO2小于35mg/Nm3。这样，当锅炉燃煤含硫量大于0.5%时，按照CFB锅炉炉内经济脱硫率为80%计算，炉后CFB干法脱硫率就需要大于80%。

由于CFB锅炉炉内脱硫的脱硫率调节存在较大的滞后性，且随脱硫率要求的提高，这一滞后性还将进一步提高。为此，采用CFB锅炉耦合CFB干法脱硫来实现脱硫超低排放，对炉后CFB干法脱硫的高脱硫率及其稳定性提出了更高的要求。

一旦，炉后CFB干法脱硫性能低劣，不能稳定工作、脱硫率低，则为了保证脱硫超低排放，就需要大幅提高CFB锅炉的炉内脱硫率，这样不仅脱硫成本大幅提高，还将导致碳排放大幅增加。

再就是，如果加装了炉后CFB干法脱硫不能发挥有机耦合脱硫的作用，合理分担、降低CFB锅炉炉内脱硫率，则CFB干法脱硫吸收塔自身增加的至少1000Pa的阻力所增加的能耗还进一步推高了碳排放量。

下面以三个典型的CFB锅炉电厂，投资数千万、上亿元加装了炉后CFB干法脱硫后，却反常地将炉后CFB干法脱硫装置闲置，使其只起到一台布袋除尘器的作用，仍通过CFB炉内脱硫来保证SO2超低排放为例，来说明一旦CFB锅炉配套了低劣CFB干法脱硫，其无谓增加的碳排放量相当惊人。

一、CFB炉脱硫率超出80%，碳排放大幅增加及锅炉热效率下降、炉膛磨损加剧的机理

CFB锅炉的炉内脱硫是指在CFB锅炉内800～900℃环境中燃烧煤粉的同时，将石灰石粉喷入炉膛内一起煅烧，石灰石受热分解成及多孔CaO和CO2，CaO与燃煤产生的SO2发生反应生成CaSO4，实现脱硫。

如前文所述，炉内脱硫是一种纯干式气固脱硫反应，钙硫比（Ca/S）先天比较高。一般炉内脱硫Ca/S为2~2.5时，实际的炉内脱硫率可达到80%左右，当炉内脱硫效率超过80%后，随着炉内脱硫效率增加，所消耗的石灰石量将急剧升高，甚至翻数倍。

即使采用中低硫煤，燃煤含硫量1%，原始SO2按2200mg/Nm3计算，仅靠炉内脱硫，要在炉内达到超低排放，炉内脱硫效率也需要达到98.4%以上。按一些CFB炉内脱硫效率要稳定达到90%，Ca/S已达到5~6的情况分析，要实现98%~99%以上的炉内脱硫效率，Ca/S可能需要达到8以上。

CFB锅炉内掺烧石灰石不仅会影响脱硫效率，而且对锅炉效率会有较大的影响。如下图所示，当炉内脱硫效率高于90%时，石灰石耗量大幅增加，由此造成多余石灰石浪费直接排入灰渣、烟气量增加及煅烧石灰石引起大量的热损失，从而导致锅炉效率迅速下降。

同时，往炉内喷入大量石灰石，使灰渣量大幅增加，加剧水冷壁等受热面换热管等的磨损，降低锅炉运转率和使用寿命，还会加大锅炉结焦风险，不仅影响热效率，而且大大增加锅炉事故风险。

二、三个闲置炉后CFB干法脱硫，仍用CFB炉内高脱硫率来满足超低排放的反常案例

湖北某电厂2×330MW机组、河南某电厂2×150MW机组、山西某电厂2×150MW机组CFB锅炉，均存在花了数千万元安装炉后CFB干法脱硫闲置不用，徒增阻力，仍反常地维持CFB锅炉出口SO2浓度小于35mg/Nm3超低排放值的情况，见下图2~图4。

CFB锅炉内不计代价地过量投入石灰石来做到超低排放，将导致电厂的碳排放量大增：一方面，大量多余的CaCO3煅烧分解产生CO2，直接造成大量碳排放；另一方面，过量的CaCO3加入量，极大降低了锅炉效率、加剧了炉膛磨损，大幅缩短CFB炉的连续运行周期；再就是，闲置CFB干法脱硫塔所增加的无谓能耗，也造成碳排放增加。

以上图2的湖北某电厂2×330MW机组为例，计算分析该电厂CFB锅炉配置CFB干法脱硫后、仍只靠炉内脱硫做到超低排放，电厂每年增加的碳排放量。

该电厂2×330MW CFB锅炉机组采用的燃煤含硫量为1.52%，含碳量为51.94%，每台机组燃煤量约为273.4t/h，原始SO2浓度达到4200mg/Nm3。

（1）如果CFB锅炉配套选择的炉后CFB干法脱硫系统性能优，允许CFB锅炉在最经济、合理的炉内脱硫率80%下工作，按照这一效率对应的炉内脱硫钙硫比2计算，则每台机组炉内脱硫消耗石灰石约为15.28t/h。

而按现有的炉后脱硫当摆设，只靠炉内喷钙来实现超低排放，CFB炉内脱硫效率需要达到99.17%，假设按Ca/S为8（理论保守值）进行计算，则每台机组炉内脱硫消耗石灰石达到61.11t/h，比上述正常运行模式下增加45.83t/h。由此导致的石灰石中CaCO3分解产生的CO2增加量为：45.83×0.85/100×44=17.14t/h。

（2）如前文所述，炉内大量喷入石灰石，锅炉效率势必受到影响，保守估计，锅炉效率至少下降1%。由此计算，每台机组锅炉煤耗将增加1.56t/h，此部分造成碳排放量增加约：1.56×51.94%/12×44×0.98=2.91t/h。

综上，该电厂炉后干法脱硫不起作用，只靠炉内脱硫实现超低排放，每台机组将增加碳排放量约为17.14+2.91+0.63=20.68t/h。

按该电厂年运行8000小时计算，每年增加碳排放量约：20.68×2×8000=32.08万吨，相当于电厂原始碳排放增加约7.86%。

（3）再就是，虽然该电厂的炉后干法脱硫闲置，但仍产生了上千帕的阻力，造成每台机组徒增约632kW的引风机电耗，从而导致该电厂每年产生碳排放量约1万吨：632×0.4（电耗折算标煤系数）×2.46（标煤CO2排放系数）/1000×2×8000=10036 t/a。

同样计算了上图3的河南某电厂2×150MW机组和上图4的山西某电厂2×150MW机组CFB锅炉炉后CFB干法脱硫闲置、只靠炉内脱硫所增加的年碳排放量，分别为约11万吨和35万吨，相当于全厂碳排放直接增加了4.83%和14.84%。而炉后干法脱硫装置闲置产生的能耗，还分别对应给这两个电厂另外增加了4100吨和8400吨的碳排放量。

详见下表1所示。

三、结束语

“3060”双碳目标是我国为应对气候变化对国际社会所做的庄严承诺，是一项必须完成的任务。

目前离2030年碳达峰目标只剩不到十年时间，时间紧，任务重。我国是典型的煤炭大国，煤电行业的碳排放量占我国碳排放总量的30%以上，碳达峰成功与否，关键在于传统煤电行业的低碳转型和碳减排。

CFB炉机组加装炉后CFB干法脱硫，但仍需要靠CFB炉内过量加入石灰石来直接实现脱硫超低排放，大幅增加了无谓的碳排放，与“减污降碳、协同治理”的要求背道而驰，严重阻碍了双碳目标的实现。

再就是，虽可依靠极端的CFB炉内高脱硫率来勉强实现超低排放，可一旦工况波动，SO2就很容易超标。从公开 道可知，上文所述的湖北某电厂已经两次被行政处罚、河南某电厂也被行政处罚过一次。而且从CFB锅炉炉内脱硫率对工况波动的高滞后性分析，其超标次数很可能远不止一、二次。从目前经常 道的CEMS数据失真情况看，这些理论上完全不可能实现的长期稳定“超低”背后，不排除存在一些人为造假行为。

一些CFB炉电厂投资数千万元、上亿元加装了炉后CFB干法脱硫，但却反常闲置不用，宁愿徒增阻力、多花运行成本，充分说明这些炉后CFB干法脱硫存在性能差，无法与CFB炉内脱硫有机耦合实现经济、低碳脱硫超低排放的问题。

为了促进双碳目标的加快实现，以及提高我国燃煤烟气超低排放的质量，促进“减污降碳、协同治理”，CFB锅炉配套低劣CFB干法脱硫，导致碳排放大量增加和超低排放的不稳定，应成为环保督察、打假的重点。