循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用探討

1、循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用探討李萬(wàn)忠 (內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司金山熱電廠，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110 ) 摘要： 本文結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的煙氣特征，提出幾種多種污染物綜合治理、協(xié)同控制的工藝路線(xiàn)，旨 在為火電廠在考慮煙氣凈化處理工藝選擇和裝置集成時(shí)提供一些參考性建議。關(guān)鍵詞： 循環(huán)流化床鍋爐 多污染物 協(xié)同控制 污染治理系統(tǒng)1、概 述循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是清潔煤技術(shù)中商業(yè)化程度最好的優(yōu)選技術(shù)之一，它具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)燃燒中添加石灰石實(shí)現(xiàn)低成本脫硫、分級(jí)燃燒能有效降低NOx排放、灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)已經(jīng)成為世界上擁有循環(huán)流化床鍋爐數(shù)量最多、

2、技術(shù)示范最多的國(guó)家，已積 累了大量的經(jīng)驗(yàn)，形成了完整的設(shè)計(jì)理論體系，目前循環(huán)流化床鍋爐已在600MW 機(jī)組上得到應(yīng)用，在燃煤鍋爐中占有非常重要的地位。當(dāng)前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境容量的矛盾日益突出，國(guó)家已出臺(tái)更為嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)， 其中包括 2011 年7月 29日頒布的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB 13223 2011) 。新標(biāo)準(zhǔn)再一次 大幅提高了燃煤發(fā)電廠煙塵、SOx、NOx等污染物的排放限值規(guī)定，并首次提出了重金屬汞排放限值低于 30ng Nm 3，這就意味著燃煤電廠煙氣今后將必須同時(shí)進(jìn)行塵、硫、氮和汞等多污染物的脫除。循環(huán) 流化床鍋爐通過(guò)爐內(nèi)投入石灰石可實(shí)現(xiàn)成本脫硫，但采用該

3、工藝脫硫效率一般在80%左右，鍋爐出口SOx排放濃度無(wú)法達(dá)到100mg /Nm3的要求，為滿(mǎn)足排放要求，必須設(shè)置爐外脫硫裝置； 如果爐內(nèi)投入 了石灰石，勢(shì)必導(dǎo)致飛灰中比電阻增加，直接會(huì)影響到除塵器的選型；循環(huán)流化床鍋爐采用分級(jí)燃燒方 式，燃燒溫度較低， NOx生成濃度通常在 200-300mg / Nm 3之間，也無(wú)法滿(mǎn)足排放限值低于100mg /Nm 3的要求，仍需設(shè)置煙氣脫硝裝置，而脫硝過(guò)程中氨逃逸所形成的亞硫酸氫氨對(duì)下游的除塵器運(yùn)行也 會(huì)帶來(lái)一定的影響；除塵器出口煙塵排放濃度會(huì)影響到濕法脫硫裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和副產(chǎn)品品質(zhì)；對(duì)于重 金屬汞排放限值低于 30ng Nm 3 的要求，需根據(jù)燃料中重

4、金屬汞的含量及煙氣中重金屬汞的形態(tài)、氣 態(tài)單質(zhì)汞的含量來(lái)確定是否需單獨(dú)設(shè)置脫汞裝置?；痣姀S依據(jù)國(guó)家環(huán)保法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求階段性完成了單一污染物的控制，先后建設(shè)了高效除塵設(shè) 備和脫硫裝置，發(fā)達(dá)地區(qū)一些火電廠進(jìn)行了脫硝改造，近兩年新上機(jī)組同步實(shí)施了脫硝裝置建設(shè)，削減 了煙塵、SOx、NOx等污染物的排放量。在一系列環(huán)保項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，國(guó)內(nèi)各家環(huán)保公司或引進(jìn)國(guó)外 技術(shù)、或自主研發(fā)、或引進(jìn)吸收再創(chuàng)新，形成了一批較成熟的除塵、脫硫和脫硝技術(shù)?；痣姀S通常會(huì)將 除塵器、脫硫裝置和脫硝裝置分開(kāi)建設(shè)或分步實(shí)施，并根據(jù)各家環(huán)保公司的專(zhuān)長(zhǎng)來(lái)確定實(shí)施廠家，而實(shí) 施廠家往往只關(guān)注自身所承接的項(xiàng)目范圍，很少會(huì)系統(tǒng)性考慮對(duì)

5、上下游設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)作用和相互影 響，最終導(dǎo)致各種脫除設(shè)備或裝置相互造成一些不利的影響，而相互之間可利用的積極因素沒(méi)有的得到 有效挖掘。從國(guó)際環(huán)保技術(shù)發(fā)展方向看，研究開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的多種污染物協(xié)同控制技術(shù)并進(jìn)行系統(tǒng)集 成已成為一種必然趨勢(shì)。2、各種污染物治理工藝路線(xiàn)的選擇 目前現(xiàn)有的火電廠均安裝有除塵器，采用循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)組還有大部分尚未安裝脫硫裝置和脫 硝裝置，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 13223 2011)中已明確要求現(xiàn)有火電廠到 2014 年 7月 1日前通過(guò)改造來(lái)滿(mǎn)足污染物排放限值要求，因此如何選擇一條適合火電廠自身特點(diǎn)的多污染物治理工藝 路線(xiàn)尤為重要。2.1 火電廠除塵技術(shù)

6、工藝路線(xiàn)目前，我國(guó)的靜電除塵技術(shù)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，應(yīng)用比例約90 以上。由于我國(guó)燃煤灰分較高，煤質(zhì)和負(fù)荷多變，要穩(wěn)定達(dá)到 30mg /Nm3的煙塵排放限值，需采用 6電場(chǎng)以上的電除塵器。國(guó)內(nèi)現(xiàn)役 機(jī)組電除塵器以 4 電場(chǎng)為主，絕大多數(shù)沒(méi)有增加電場(chǎng)的空間，須采用袋式除塵技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù) 或移動(dòng)電極等新工藝。 而循環(huán)流化床鍋爐如考慮在爐內(nèi)投入石灰石來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硫，將影響到飛灰的比電阻，對(duì)電除塵器的除塵效率會(huì)帶來(lái)不利的影響。即使?fàn)t內(nèi)不脫硫，考慮到除塵器下游的濕法脫硫裝置不設(shè)置 旁路系統(tǒng)，在鍋爐投油點(diǎn)火時(shí)，應(yīng)考慮除塵器投入使用，避免油污進(jìn)入到脫硫系統(tǒng)內(nèi)，導(dǎo)致吸收劑被污 染，造成噴嘴、管道和皮帶脫水

7、機(jī)濾布堵塞現(xiàn)象發(fā)生。因此在選擇除塵器型式時(shí)需考慮投油時(shí)對(duì)除塵器 的保護(hù)措施。2.2 火電廠脫硫技術(shù)工藝路線(xiàn) 目前，我國(guó)火電廠脫硫技術(shù)已形成了石灰石一石膏濕法脫硫工藝為主，海水脫硫工藝、煙氣循環(huán)流 化床脫硫工藝、氨法脫硫工藝為輔的技術(shù)路線(xiàn)。其中石灰石一石膏濕法脫硫工藝占93% ，海水脫硫工藝占 3%，煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝 3%，氨法脫硫工藝占 2% 。石灰石一石膏濕法脫硫技術(shù)具有脫硫效率 高、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠性高、石灰石資源豐富，價(jià)廉易得、石膏便于綜合利用等特點(diǎn)，該工藝的最佳 脫硫效率是在 95左右，脫硫效率超過(guò) 96 以后，脫硫能耗會(huì)大大增加；煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)脫 硫效率通常為 85-

8、90% ，如果要進(jìn)一步提高脫硫效率，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致吸收劑耗量大大增加；海水脫硫工藝 和氨法脫硫工藝在應(yīng)用上受到一定的限制，主要是要考慮海水或氨水的來(lái)源。循環(huán)流化床鍋爐如有爐內(nèi) 脫硫裝置，可考慮爐內(nèi)脫硫和爐外循環(huán)流化床脫硫復(fù)合脫硫方式，利用爐內(nèi)脫硫時(shí)殘余的石灰和外加的 消石灰一起作為吸收劑在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到SOX 滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。2.3 火電廠脫硝技術(shù)工藝路線(xiàn)目前國(guó)內(nèi)采用脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原法 (SCR) ，選擇性非催化還原法 (SNCR) 和氧化吸收法(COA )。已投運(yùn)的煙氣脫硝機(jī)組 95%以上采用選擇性催化還原法技術(shù)，原因是這些機(jī)組以煤粉鍋爐為主，而循環(huán)流化床鍋爐因其 NO

9、X 排放濃度低，要達(dá)到排放限值僅需 50-60% 的脫硝效率，且鍋爐爐膛 出口處設(shè)置的旋風(fēng)分離器有利于氨與NO x的充分混合，采用選擇性非催化還原法工藝既能夠滿(mǎn)足排放要求，又具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇性非催化還原法是循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝技術(shù)中比 較理想的工藝。氧化吸收法( COA )具有投資省、脫硝效率較選擇性非催化還原法高等優(yōu)點(diǎn)，但使用該 工藝時(shí)需結(jié)合脫硫裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)脫硝的目的。3、多污染物協(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用的可行性 隨著國(guó)家對(duì)大氣污染物控制的種類(lèi)增加， 火電廠需要設(shè)置的環(huán)保設(shè)施增多， 如果不進(jìn)行統(tǒng)籌性考慮， 而是孤立的考慮單一污染物的治理措施，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致煙氣污染物治理系統(tǒng)更加龐大

10、復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備占地 大、能耗高、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大、副產(chǎn)物二次污染等問(wèn)題發(fā)生。一些火電廠已先后建成了除塵器、脫硫裝置和 脫硝裝置，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)這些環(huán)保設(shè)施在運(yùn)行中會(huì)相互作用、相互影響，其中既有積極的因素，也有 消極的因素，通過(guò)開(kāi)展多污染物協(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)與研究，可以實(shí)現(xiàn)煙氣污染物綜合治理系統(tǒng)揚(yáng)長(zhǎng) 避短，充分發(fā)揮其多污染物協(xié)同控制的作用。3.1 選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)、循環(huán)流化床干法脫硫技術(shù)和袋式除塵技術(shù)對(duì)多污染物的協(xié)同控 制分析循環(huán)流化床鍋爐脫硝裝置采用選擇性非催化還原法(SNCR) 脫硝工藝，在鍋爐爐膛出口和旋風(fēng)分離器入口之間煙道上布置噴槍?zhuān)颂師煔鉁囟韧ǔＴ?00-900 C之間，處于使

11、用該工藝?yán)硐氲姆磻?yīng)溫度區(qū)間，氨水或尿素溶液作為還原劑通過(guò)噴槍噴入煙道與煙氣接觸，借助旋風(fēng)分離器實(shí)現(xiàn)氨與煙氣中NOX的充分混合并發(fā)生反應(yīng)， 達(dá)到對(duì)煙氣脫硝的目的。 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求氨逃逸率應(yīng)小于 10ppm ，在滿(mǎn)足這 一要求的前提下，脫硝效率可保證60%，如果鍋爐未脫硝時(shí)出口NOx濃度小于250mg /Nm3,鍋爐脫硝時(shí)則可滿(mǎn)足出口 NOx濃度小于100mg / Nm3排放要求；如果鍋爐未脫硝時(shí)出口 NOx濃度大于250mg /Nm3，為滿(mǎn)足鍋爐出口 NOx濃度排放達(dá)標(biāo)，需適當(dāng)提高還原劑添加量，氨逃逸率將大于10ppm，此時(shí)應(yīng)考慮逃逸的氨在不造成空預(yù)器堵塞的情況下進(jìn)入循環(huán)流化床干法脫硫裝置內(nèi)，在脫硫反應(yīng)過(guò)程中將 氨消耗掉，滿(mǎn)足煙囪出口氨的排放指標(biāo)要求。循環(huán)流化床鍋爐脫硫裝置采用循環(huán)流化床干法脫硫工藝，脫硫效率可長(zhǎng)期達(dá)到 90% ，如果入爐煤含硫量較低，脫硫塔入口濃度小于1000mg /