燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹講解

1、燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹王建中馮肇霖蘇州熱工研究院華南理工大學摘要：火電廠大氣污染物排放標準(GB13223-2011) ，對煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了嚴格的規(guī)定， 這對燃煤鍋爐煙氣的處理提出了更深度的要求。如何高效，合理的應對新標準， 本文列舉了熱電行業(yè)對新標準執(zhí)行的應對對策以及燃煤鍋爐煙氣深度處理中遇到的問題及系統(tǒng)簡介。關鍵詞： 除塵凈化 脫硫 脫硝 除霧前言：為有效遏制污染物排放， 提高大氣質量，于 2004 年 1 月 1 日起執(zhí)行的火電廠大氣污染物排放標準 (GB13223-2003) ，對煙塵、二氧化硫、氮氧化物

2、排放限值都做了嚴格的規(guī)定，至 2010 年最高允許排放濃度按區(qū)域和時段，要求燃煤鍋爐煙塵 50mg/Nm3 ，二氧化硫 400mg/Nm3 ，氮氧化物 450mg/Nm3，且要求預留煙氣脫除氮氧化物裝置空間。自 2012 年 1 月 1 日起實施 GB13223-2011，對燃煤鍋爐的煙塵排放限制為 30mg/m3，對國土開發(fā)密度較高，環(huán)境承載能力開始減弱，或大氣環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱，容易發(fā)生嚴重大氣環(huán)境污染問題而需要嚴格控制大氣污染物排放的地區(qū)燃煤鍋爐煙塵的排放限值為 20mg/m3，比 GB13223-2003 所執(zhí)行的排放指標提高了近一倍！珠江三角、長三角、京津唐地區(qū)作為重點地區(qū)，

3、所面臨的環(huán)境保護壓力也會比一般地區(qū)大。一、 火電廠大氣污染物排放標準 GB13223-2003 升級為 GB13223-2011 的政策說明GB13223-2011 ，對燃煤鍋爐的二氧化硫排放限值控制在100mg/m3，除了 2003 年 12 月 31 日前建成投產的鍋爐、 W 型火焰爐膛鍋爐、現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐采取 200 mg/m3 的排放限值外，對重點地區(qū)的火力發(fā)電鍋爐二氧化硫排放限值控制在 50mg/m3。GB13223-2011 ，對燃煤鍋爐的氮氧化物排放限值控制在100mg/m3，除了 2003 年 12 月 31 日前建成投產的鍋爐、 W 型火焰爐膛鍋爐、現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐采取

4、 200 mg/m3 的排放限值外，對重點地區(qū)的火力發(fā)電鍋爐氮氧化物排放限值控制在 100mg/m3，這項標準達到甚至優(yōu)于發(fā)達國家的排放標準 。此外 GB13223-2011 還新增汞及其化合物的重金屬污染物排放限值。對燃煤鍋爐的汞及其化合物排放限制為 0.03mg/m3。二、熱電行業(yè)對新標準執(zhí)行的應對對策2.1 熱電行業(yè)常見污染物去除工藝簡介2.1.1 除塵凈化裝置的分類 機械式除塵器：重力沉降室、慣性除塵器，旋風除塵器等；- 1 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學 濕式洗滌器：如旋風水膜洗滌器、噴霧洗滌器、文丘里洗滌器等； 過濾式除塵器：如袋式除塵器等； 電除塵器：如

5、干式電除塵器、濕式電除塵器等。分離固體粒子的除塵器， 有些也適用于分離懸浮于氣體中的液體粒子。如除沫器或者除霧器等。2.1.2 常見燃煤二氧化硫污染控制技術介紹目前世界上所擁有的燃燒后脫硫技術（ FGD）有上百種之多，這些工藝主要包括：(1)濕法脫硫技術，共占全世界 FGD 裝置總量的 85%左右，其中石灰 -石膏法約占 36.7%，其它濕法脫硫技術約占 48.3%；(2)半干法脫硫技術， 主要包括噴霧干燥脫硫技術、 爐內噴射吸收劑 /增溫活化脫硫技術等，約占全世界 FGD 裝置總量的近 10%；(3)干法脫硫技術，包括煙氣循環(huán)流化床脫硫技術、等離子體脫硫技術等據統(tǒng)計，全球燃煤電廠已有近千臺煙

6、氣脫硫裝置，總裝機容量達240GW。用于不同燃煤含硫量的FGD裝置數比例100%80%60%例比40%術技20%0%2.1.3 常見 NOx 控制技術的介紹濕式工藝噴霧干燥噴吸收劑S<1%S=1-2%S>2%- 2 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學所采用的技術脫 硝 效工 程 造運 行價費用率%1.低氮燃燒技術25-40較低低(LNB, etc.)2. SNCR 技術25-40低中等3.LNB + SNCR40-70中等中等技術4.SCR 技術80-90高中等5.SNCR/SCR 混40-80中等中等合技術6.等離子脫硝技術80較低較低國內 SCR 脫硝常規(guī)

7、布置方式省脫硝脫硫鍋爐煤空煙囪DeNOx電除塵DeSOx器預器氮氧化物監(jiān)FDF稀釋視器風機鍋爐負載信號FIC液氨儲槽液氨蒸發(fā)槽混合器液氨緩沖槽SNCR、 SCR 等技術脫除 NOx 的原理控制燃燒條件 ,從而控制 NOx 的生成控制燃燒溫度，控制燃料和空氣的混合速度與時機。采用該原理的主要技術包括低氮燃燒器、OFA 分級送風等。在煙氣中脫除 NOx4NO+4NH3+O2->4N2+6H2O6NO2+8NH3+O2->7N2+ 12 H2O(條件 1:溫度 900-1100; 條件 2:使用催化劑 ,溫度 320-400 .)采用以上原理產生并應用較多的有選擇性催化還原技術(SCR)

8、、選擇性非催化還原技術 (SNCR) 、SCR/SNCR 混合法技術等。 SCR, SNCR, SNCR/SCR及的技術參數比較項目SCR混合型SNCRSNCR/SCR- 3 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學反 應以NH3為可使用 NH3 或尿可 使 用劑主素NH3 或尿素前段：900反 應320 1,100900溫度400后段：3201,100400催 化主要 由后段加裝少量催不 使 用TiO2,V2O5化 劑 ， 主 要由 TiO2,劑催化劑WO3 組成V2O5, WO3 組成脫 硝80 90%可達 80%以上25效率40%反 應多選擇于省煤器與通 常 爐劑噴射位S

9、CR反 應綜合 SCR 和 SNCR 膛內噴射置器間煙道內2.1.4 等離子脫硫脫硝的工作原理目前國內可以同時脫硫脫硝的工藝很少， 而且效率不穩(wěn)定， 等離子體氣體凈化技術是近年國際研究熱點， 被認為是最具發(fā)展前景的綜合技術。其最大的優(yōu)點在于能同時去除煙氣中 SOx、NOx 、VOCs、重金屬等多種污染成分， 在煙氣凈化技術領域， 已成為我國重點支持的科技方向之一。本系統(tǒng)采用氨法復合等離子技術對煙氣進行脫硫脫硝。采用先進的 A C D C( 交直流疊加 ) 電源產生流光放電，在大的電場形成高濃度活性粒子，即等離子體。這些活性粒子能夠直接或間接作用于 SOx 和 NOx ，并將亞鹽氧化為正鹽，同時

10、產生等離子體的高壓電場還能捕集微細的霧粒。它充分利用了等離子體自由基的強氧化性和氨吸收的化學特性實現(xiàn)脫硫脫硝，并產生副產物化肥。等離子脫硫脫硝工業(yè)化試驗實例2.2.1 面對煙塵排放限值提高的應對對策現(xiàn)有除塵設備擴容現(xiàn)有除塵設備整改- 4 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學現(xiàn)有除塵器拆除新上設備（如電除塵器改電袋除塵器）2.2.2 面對二氧化硫、氮氧化物排放限值提高的應對對策在脫硫劑中添加脫硝劑，脫硫脫硝同步進行在脫硫裝置后新增脫硝設備（如SNCR、SCR 或 SNCR-SCR）利用等離子設備同時脫硫脫硝三、燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)簡介3.1 燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)技術思

11、路的提出3.1.1 各相關標準不斷修訂（如火電廠大氣污染物排放標準（ GB13223-2011）等） ，排放指標限值進一步收緊，環(huán)境形勢倒逼。3.1.2珠江三角洲環(huán)境保護規(guī)劃綱要（ 2004-2020 年）逐步淘汰燃煤鍋爐。到 2010 年淘汰所有 4 噸/小時（含）和使用 8 年以上的 10 噸 /小時以下的燃煤鍋爐，實施集中供熱或改用油、氣、電。3.1.3廣東省珠江三角洲大氣污染防治辦法 （廣東省人民政府第 134 號第十一條）地級以上市人民政府應當根據本行政區(qū)內大氣污染防治的需要淘汰高能耗、重污染的工業(yè)鍋爐、窯爐，積極發(fā)展低能耗、輕污染或無污染的工業(yè)鍋爐、窯爐。地級以上市人民政府應當根據

12、大氣污染防治的需要劃定行政區(qū)域內燃料限制區(qū)，限制區(qū)內禁止新建普通燃煤、燃重油鍋爐。3.1.4 鍋爐運行成本對比（以4t/h 為例 ,按每天單班、年360 天運行計算）鍋 爐燃 料燃 料小 時年 燃年 增消耗量單價（元燃料費用料費用加費用類型（ kg/h)/kg）（元）（萬元） （萬元）燃 煤以 此6400.85544158為基數作鍋爐對比生 物7801.078022769質鍋爐水 煤6351.3825313155漿鍋爐天 然306N4.51377402244氣鍋爐m3/h元 /m3重 油2985.01475430272鍋爐輕 油2637.21894553395鍋爐眾多中小型燃煤鍋爐面臨被淘汰、

13、 或被迫改為燃價格更高的清潔燃料，對企業(yè)的經濟效益甚至生存都產生嚴重的影響。經燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)處理后的煙氣排放效果優(yōu)于燃生物質燃料、煤制氣和天然氣燃料鍋爐的國家或地方排放指標。煙塵 20mg/Nm3，SO2 30mg/m3，NOX 100mg/m33.2 燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)工藝流程- 5 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學3.2.1 對于未配備除塵脫硫裝置和經處理未達到新標準的中小型燃煤鍋爐， 按圖一的系統(tǒng)進行配置煙氣深度處理裝置。3.2.2 對于原已達標的鍋爐，希望能滿足更高的環(huán)保標準，可選擇增加靜電除微塵除霧器， 對煙氣進行深度處理，去除汽霧、氣溶膠、

14、PM2.5、重金屬物質，達到超低濃度排放。工藝流程圖如下：3.3 燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)工作原理燃煤鍋爐煙氣首先經過靜電消煙除塵單元得到級處理， 消除了絕大部分的煙塵； 然后進入氣動乳化除塵脫硫單元進行二級處理， 除去煙氣中的二氧化硫， 并進一步除去煙氣中的煙塵； 經過處理的煙氣進入靜電除微塵除霧單元進行三級處理， 除去煙氣中殘留的重金屬、 微塵、二氧化硫、氣溶膠物質和汽霧， 完成煙氣的深度處理， 使經處理的煙氣污染物達到超低濃度排放。3.4 燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)單元簡介3.4.1 靜電消煙除塵器- 6 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學靜電消煙除塵器 (ESP)是

15、以高壓直流電在兩極間產生電暈放電，含煙塵氣流通過該空間時， 煙塵微粒被強制荷電， 在庫侖力作用下向極板運動，并被極板收集。靜電消煙除塵過程可分五個階段：（1）采用高壓電場將氣體電離，產生大量離子；（2）煙氣微粒獲得離子而荷電；（3）荷電微粒產生凝并；（4）帶電微粒向電極作定向移動，并被收塵極板收集；（5）將電極上的積塵清除。因此其動態(tài)過程為：荷電-凝并 -收集 -清除。靜電除塵器實用中的關鍵問題是絕緣與極配問題， 絕緣良好才能加載足夠高的電壓， 保證除塵效果； 合理的極配形成一個不均勻電場， 使電暈極產生最大的電場強度， 而使氣體電離， 產生大量負離子， 保證煙塵微粒達到飽和荷電，從而保證最佳

16、的消煙除塵效果。3.4.2 氣動乳化脫硫工作原理經加速的待處理氣體從過濾器下方進入過濾器，形成旋轉氣流，與過濾器上端流下的液體相遇，氣體高速旋切液體并將液體托住反復破碎，液粒變得越來越細微， 氣液充分混合并在恰當的參數匹配下形成一段動態(tài)穩(wěn)定的液滴懸浮層稱之為乳化層。當氣體的托力與液滴重力平衡后，最早形成的懸浮液將被新形成的懸浮液所取代， 帶著捕集的雜質排出過濾器，氣體得到凈化。氣動乳化脫硫除塵器由三部分組成， 煙氣先進入均氣室， 再進入氣動乳化過濾元件組，最后通過氣液分離室進入下一級靜電除微塵除霧器。氣動乳化脫硫工程應用實例- 7 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學3.4

17、.3 靜電除微塵除霧器工作原理含有懸浮粒子的煙氣通過靜電除霧器入口喇叭， 經氣流分布板均勻流進入電場， 懸浮粒子被荷電并在電場力作用下被吸附到集塵極上， 煙氣中的微塵、霧滴、氣溶膠、 PM2.5 以及重金屬等有害物質基本上被有效吸附，從而達到將煙氣進行深度處理和凈化的效果。集塵極表面上的塵粒沉積到一定厚度后， 由電場上方設置的噴水管路進行沖洗，沖洗水流入灰斗中，然后由灰斗排入沉淀池。濕法靜電除微塵除霧應用實例3.5 燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)特點高消煙除塵率：經過靜電消煙除塵后的煙氣， 進入氣動乳化脫硫的同時，也是進行深度除塵除黑煙的階段。 對普通方法難于達標排放的含超細粉塵和高濃度有害氣體的凈

18、化有明顯優(yōu)勢，對PM2.5 的去除效率達- 8 -燃煤鍋爐煙氣深度處理技術介紹蘇州熱工研究院華南理工大學99%；高脫硫率：能適應各種煙氣， 設計脫硫率 90%-99.7%之間，是目前國內脫硫效果最好的技術；未級串接高效靜電除微塵除霧器，高效去除煙氣中殘留的微塵、二氧化硫、氣溶膠物質和汽霧， 完成煙氣的深度治理， 使經處理的煙氣污染物達到超低濃度排放；脫硫劑不受限制：如石灰、石灰石、電石泥堿性物、堿性氧化物以及工業(yè)廢液等均可作為脫硫劑；氣動乳化脫硫是目前唯一不需要噴嘴的脫硫技術， 沒有噴嘴，不會堵塞，因而不會影響脫硫效率；運行成本低：由于氣、液接觸表面積大， 相應的吸收液需要量少，一般在 0.3-0.4L/m3 之間，吸收液量少，相應設備規(guī)格小、功率小，年運行費僅為其他脫硫方式的 30%；使用期長：整個脫硫設備，全部采用進口 316L 不銹鋼制造，能耐高溫、耐磨損、耐腐蝕，設計使用壽命可達 10 年以上；管理方便，運行可靠：脫硫塔免維護、免操作、無需工人值守。3.6 中小型燃煤鍋爐煙氣深度處理設備的主要參數設備基本參數：出口煙氣含濕量 5%，除塵效率 99%，二氧化硫凈化效率為 95%-99%，阻力 1000Pa，漏風率 5%，循環(huán)液損耗量 5%；設備進口煙氣參數：