循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術應用探討

1、循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術應用探討李萬忠 (內(nèi)蒙古國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，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提供一些參考性建議。關鍵詞： 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是清潔煤技術中商業(yè)化程度最好的優(yōu)選技術之一，它具有煤種適應性強、負荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)燃燒中添加石灰石實現(xiàn)低成本脫硫、分級燃燒能有效降低NOx排放、灰渣綜合利用等優(yōu)點。我國已經(jīng)成為世界上擁有循環(huán)流化床鍋爐數(shù)量最多、

2、技術示范最多的國家，已積 累了大量的經(jīng)驗，形成了完整的設計理論體系，目前循環(huán)流化床鍋爐已在600MW 機組上得到應用，在燃煤鍋爐中占有非常重要的地位。當前，我國的經(jīng)濟增長與環(huán)境容量的矛盾日益突出，國家已出臺更為嚴格的大氣污染物排放標準， 其中包括 2011 年7月 29日頒布的火電廠大氣污染物排放標準 (GB 13223 2011) 。新標準再一次 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進行塵、硫、氮和汞等多污染物的脫除。循環(huán) 流化床鍋爐通過爐內(nèi)投入石灰石可實現(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排放濃度無法達到100mg /Nm3的要求，為滿足排放要求，必須設置爐外脫硫裝置； 如果爐內(nèi)投入 了石灰石，勢必導致飛灰中比電阻增加，直接會影響到除塵器的選型；循環(huán)流化床鍋爐采用分級燃燒方 式，燃燒溫度較低， NOx生成濃度通常在 200-300mg / Nm 3之間，也無法滿足排放限值低于100mg /Nm 3的要求，仍需設置煙氣脫硝裝置，而脫硝過程中氨逃逸所形成的亞硫酸氫氨對下游的除塵器運行也 會帶來一定的影響；除塵器出口煙塵排放濃度會影響到濕法脫硫裝置運行穩(wěn)定性和副產(chǎn)品品質(zhì)；對于重 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)汞的含量來確定是否需單獨設置脫汞裝置?；痣姀S依據(jù)國家環(huán)保法律法規(guī)和標準要求階段性完成了單一污染物的控制，先后建設了高效除塵設 備和脫硫裝置，發(fā)達地區(qū)一些火電廠進行了脫硝改造，近兩年新上機組同步實施了脫硝裝置建設，削減 了煙塵、SOx、NOx等污染物的排放量。在一系列環(huán)保項目實施過程中，國內(nèi)各家環(huán)保公司或引進國外 技術、或自主研發(fā)、或引進吸收再創(chuàng)新，形成了一批較成熟的除塵、脫硫和脫硝技術?；痣姀S通常會將 除塵器、脫硫裝置和脫硝裝置分開建設或分步實施，并根據(jù)各家環(huán)保公司的專長來確定實施廠家，而實 施廠家往往只關注自身所承接的項目范圍，很少會系統(tǒng)性考慮對

5、上下游設備之間的關聯(lián)作用和相互影 響，最終導致各種脫除設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有的得到 有效挖掘。從國際環(huán)保技術發(fā)展方向看，研究開發(fā)高效、經(jīng)濟的多種污染物協(xié)同控制技術并進行系統(tǒng)集 成已成為一種必然趨勢。2、各種污染物治理工藝路線的選擇 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準(GB 13223 2011)中已明確要求現(xiàn)有火電廠到 2014 年 7月 1日前通過改造來滿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的多污染物治理工藝 路線尤為重要。2.1 火電廠除塵技術

6、工藝路線目前，我國的靜電除塵技術已處于國際領先水平，應用比例約90 以上。由于我國燃煤灰分較高，煤質(zhì)和負荷多變，要穩(wěn)定達到 30mg /Nm3的煙塵排放限值，需采用 6電場以上的電除塵器。國內(nèi)現(xiàn)役 機組電除塵器以 4 電場為主，絕大多數(shù)沒有增加電場的空間，須采用袋式除塵技術、電袋復合除塵技術 或移動電極等新工藝。 而循環(huán)流化床鍋爐如考慮在爐內(nèi)投入石灰石來實現(xiàn)脫硫，將影響到飛灰的比電阻，對電除塵器的除塵效率會帶來不利的影響。即使爐內(nèi)不脫硫，考慮到除塵器下游的濕法脫硫裝置不設置 旁路系統(tǒng)，在鍋爐投油點火時，應考慮除塵器投入使用，避免油污進入到脫硫系統(tǒng)內(nèi)，導致吸收劑被污 染，造成噴嘴、管道和皮帶脫水

7、機濾布堵塞現(xiàn)象發(fā)生。因此在選擇除塵器型式時需考慮投油時對除塵器 的保護措施。2.2 火電廠脫硫技術工藝路線 目前，我國火電廠脫硫技術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路線。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具有脫硫效率 高、技術成熟、運行可靠性高、石灰石資源豐富，價廉易得、石膏便于綜合利用等特點，該工藝的最佳 脫硫效率是在 95左右，脫硫效率超過 96 以后，脫硫能耗會大大增加；煙氣循環(huán)流化床脫硫技術脫 硫效率通常為 85-

8、90% ，如果要進一步提高脫硫效率，勢必會導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用上受到一定的限制，主要是要考慮海水或氨水的來源。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)流化床脫硫復合脫硫方式，利用爐內(nèi)脫硫時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)進行反應，達到SOX 滿足排放標準的要求。2.3 火電廠脫硝技術工藝路線目前國內(nèi)采用脫硝技術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 )。已投運的煙氣脫硝機組 95%以上采用選擇性催化還原法技術，原因是這些機組以煤粉鍋爐為主，而循環(huán)流化床鍋爐因其 NO

9、X 排放濃度低，要達到排放限值僅需 50-60% 的脫硝效率，且鍋爐爐膛 出口處設置的旋風分離器有利于氨與NO x的充分混合，采用選擇性非催化還原法工藝既能夠滿足排放要求，又具有投資省、運行費用低等優(yōu)點，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，但使用該 工藝時需結合脫硫裝置來實現(xiàn)脫硝的目的。3、多污染物協(xié)同控制技術應用的可行性 隨著國家對大氣污染物控制的種類增加， 火電廠需要設置的環(huán)保設施增多， 如果不進行統(tǒng)籌性考慮， 而是孤立的考慮單一污染物的治理措施，勢必會導致煙氣污染物治理系統(tǒng)更加龐大

10、復雜，系統(tǒng)設備占地 大、能耗高、運行風險大、副產(chǎn)物二次污染等問題發(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，實際運行中發(fā)現(xiàn)這些環(huán)保設施在運行中會相互作用、相互影響，其中既有積極的因素，也有 消極的因素，通過開展多污染物協(xié)同控制技術應用試驗與研究，可以實現(xiàn)煙氣污染物綜合治理系統(tǒng)揚長 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、循環(huán)流化床干法脫硫技術和袋式除塵技術對多污染物的協(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分離器入口之間煙道上布置噴槍，此處煙氣溫度通常在800-900 C之間，處于使

11、用該工藝理想的反應溫度區(qū)間，氨水或尿素溶液作為還原劑通過噴槍噴入煙道與煙氣接觸，借助旋風分離器實現(xiàn)氨與煙氣中NOX的充分混合并發(fā)生反應， 達到對煙氣脫硝的目的。 行業(yè)標準規(guī)范要求氨逃逸率應小于 10ppm ，在滿足這 一要求的前提下，脫硝效率可保證60%，如果鍋爐未脫硝時出口NOx濃度小于250mg /Nm3,鍋爐脫硝時則可滿足出口 NOx濃度小于100mg / Nm3排放要求；如果鍋爐未脫硝時出口 NOx濃度大于250mg /Nm3，為滿足鍋爐出口 NOx濃度排放達標，需適當提高還原劑添加量，氨逃逸率將大于10ppm，此時應考慮逃逸的氨在不造成空預器堵塞的情況下進入循環(huán)流化床干法脫硫裝置內(nèi)，在脫硫反應過程中將 氨消耗掉，滿足煙囪出口氨的排放指標要求。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，脫硫效率可長期達到 90% ，如果入爐煤含硫量較低，脫硫塔入口濃度小于1000mg /