循環(huán)流化床污染物的排放與控制

1、循環(huán)流化床污染物的排 放 與 控 制鄭曉光 孫明杰羅 謙 洪長(zhǎng)流概述 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，其具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷可調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)燃燒時(shí)可添加石灰石實(shí)現(xiàn)低成本脫硫、分級(jí)燃燒能有效降低NOx、排放、灰渣可綜合利用等優(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、技術(shù)示范最多的國(guó)家。概述 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年明29日頒布的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2011)。新標(biāo)準(zhǔn)再一次大幅調(diào)低了燃煤發(fā)電廠煙塵、SOx, NOx等污染物的排放限值，并首次

2、提出了重金屬汞排放限值低于30mg/Nm3循環(huán)流化床鍋爐的污染物化石燃料燃燒排放的污染物 氣體污染物（SOx、NOx、CO、HCl、HF）與粉塵 固體廢棄物 污水 1. SO2的特性及其對(duì)環(huán)境的影響 （1）特性 無(wú)色、刺激性氣體 與水蒸氣在陽(yáng)光催化作用下形成硫酸 （2）危害 危害生物和自然生態(tài)環(huán)境 腐蝕建筑材料及金屬結(jié)構(gòu) 2. NOx和N2O的特性及其對(duì)大氣的影響 （1）NOx 1）NO（9095%） 特性：無(wú)色有毒氣體、生存時(shí)間s級(jí) 危害：導(dǎo)致酸雨、形成光化學(xué)煙霧、造成臭氧層破壞、對(duì)建筑物和人體構(gòu)成危害、誘發(fā)癌癥的原因之一 2）NO2：淺棕色，有強(qiáng)烈刺激性 （2）N2O：無(wú)色有毒氣體，溫室效

3、應(yīng)，NO的主要來(lái)源，破壞臭氧層 酸雨污染酸雨污染：酸雨中酸性物質(zhì)絕大部分是硫酸和硝酸，主要來(lái)源于排放的SO2和NOX。改進(jìn)燃燒技術(shù)，減少燃燒產(chǎn)生的SO2和NOX，對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行脫硫脫硝，是控制酸雨形成的有效手段之一。 目前世界各國(guó)在削減SO2 排放方面取得了很大的進(jìn)展，但控制NOX排放的成效尚不明顯。我國(guó)鍋爐我國(guó)鍋爐SO2及及NOX最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)鍋爐類(lèi)別適用區(qū)域SO2排放濃度mg/Nm3NOX排放濃度mg/Nm3燃煤鍋爐全部區(qū)域1200900/I時(shí)段II時(shí)段I時(shí)段II時(shí)段燃油鍋爐輕柴油、煤油全部區(qū)域700500/400其它燃料油全部區(qū)域1200900/400燃?xì)忮仩t全部區(qū)域1

4、00100/400污染物的生成機(jī)理及控制SO2的生成機(jī)理與影響因素 一、煤燃燒過(guò)程中SO2的生成機(jī)理1、煤中S的來(lái)源 （1）元素S（可燃） （2）有機(jī)S（可燃）：與C、H結(jié)合生成的復(fù)雜有機(jī)化合物 （3）無(wú)機(jī)S：黃鐵礦S（可燃）和硫酸鹽S2、生成SO2的途徑 （1）鐵礦S的氧化黃鐵礦硫（FeS2）（2）有機(jī)S的氧化 （3）元素S的氧化二、煤燃燒過(guò)程中影響SO2析出的因素n1.顆粒在床內(nèi)的停留t：tSO2轉(zhuǎn)化率（S的分解）n2.爐膛T：隨T升高而單調(diào)增加n3.過(guò)量空氣系數(shù)：隨增加，SO2生成濃度減少循環(huán)流化床鍋爐脫硫 一、流化床燃燒脫硫機(jī)理1.脫硫方法：石灰石或白云石最為脫硫劑，在燃燒過(guò)程中分解成

5、石灰（CaO），在氧化性氣氛下與SO2和O反應(yīng)生成硫酸鈣2.石灰石脫硫原理 （1）石灰石分解：原石灰石內(nèi)自然空隙擴(kuò)大 （2）石灰表面生成致密硫酸鈣薄層：阻礙SO2進(jìn)入并反應(yīng)3.脫硫效率SO2被石灰石吸收的百分比max脫硫率最佳反應(yīng)溫度830 8704.綜合指標(biāo)Ca/S：Ca/SCa利用率二、脫硫效率及其影響因素1.循環(huán)流化床鍋爐燃燒方式對(duì)脫硫的益處 （1）延長(zhǎng)脫硫劑的停留t （2）在內(nèi)、外循環(huán)中，脫硫劑顆粒被破碎形成新的反應(yīng)表面 （3）爐、分離器內(nèi)的均勻溫度場(chǎng)（850）利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行2.脫硫主要影響因素 （1）爐膛T（很大）影響脫硫反應(yīng)速度、固體產(chǎn)物分布、空隙堵塞特性 （2）Ca/S2 3

6、（3）煤中含S量及脫硫劑顆粒粒徑相同Ca/S下，含S量脫硫效率 石灰石粒徑（反應(yīng)表面積小）脫硫率 （4）脫硫劑反應(yīng)性 （5）流化速度和床層高度 （6）RNOx和N2O的生成機(jī)理 一、NOx （NO、NO2）的生成機(jī)理 1.熱力型N2在高溫下氧化 （1）T1500，隨T升高，按指數(shù)規(guī)律增加 （2）N2濃度 （3）O2濃度的平方根 （4）停留t 2.燃料型燃料中含有的氮化合物熱分解，接著氧化 （1）揮發(fā)份N ：HCN、NH3 （2）焦炭N 3.快速型燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的烴（CHi）撞擊N2分子生成HCN和CN，再被氧化二、N2O的生成機(jī)理1.均相生成反應(yīng)揮發(fā)份N （1）HCN（被氧化）NCO+NON2

7、O （2）NH3NH+NON2O2.多相生成反應(yīng)焦炭N（占70%） （1）直接氧化 （2）與NO反應(yīng)3.分解反應(yīng)（以多相反應(yīng)為主）4.生成過(guò)程5.影響N2O的影響因素爐膛T（決定性）、煙氣中O的含量、煤種、各種催化劑降低NOx和N2O排放的方法1、低系數(shù)燃燒缺點(diǎn)CO濃度劇增q3飛灰含C量q4 爐膛內(nèi)形成還原性氣氛DT結(jié)渣、腐蝕2、空氣分級(jí)送入3、SNCR缺點(diǎn)：NH3泄露4、SCR缺點(diǎn)：催化劑失活5、燃料分級(jí)燃燒6、煙氣后燃注入HC燃料造成循環(huán)灰分離器內(nèi)局部高溫以分解N2O循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術(shù)應(yīng)用除塵技術(shù)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)用比例在90%以上。由

8、于我國(guó)燃煤的灰分較高，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)投人石灰石來(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)不利影響。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（占93 %），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)。 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

9、等特點(diǎn)，該工藝的最佳脫硫效率在95%左右，脫硫效率超過(guò)96%后，脫硫能耗會(huì)大大增加。 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)流化床脫硫的復(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。脫硝技術(shù)工藝路線(xiàn) 目前國(guó)內(nèi)火電廠采用脫硝技術(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SNCR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N(xiāo)Ox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

10、有利于氨與NOx的充分混合，采用該工藝既能夠滿(mǎn)足排放要求，又具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是比較理想的脫銷(xiāo)工藝。 COA技術(shù)具有投資省、脫硝效率較SNCR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。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 不僅可實(shí)現(xiàn)脫硝、脫硫和除塵的目的，還可實(shí)現(xiàn)脫汞，此外還可有效控制氨逃逸量和提高PMz.s以下超細(xì)粉塵的捕集率，各裝置除實(shí)現(xiàn)自身的主要功能外，還對(duì)其它裝置實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣多污染物的協(xié)同控制，不但可降低整個(gè)污染治理系統(tǒng)的造價(jià)，而且有利于整個(gè)污染治理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)、袋式

11、除塵技術(shù)和石灰石一石膏法脫硫技術(shù)對(duì)多污染物的協(xié)同控制 可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙塵、SOa, NOa、汞的脫除，各裝置之間也存在協(xié)同控制，需熟知和掌握彼此之間的相互影響，充分利用整個(gè)污染治理系統(tǒng)的潛力。氧化吸收法脫硝技術(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 脫硝添加劑還具有氧化單質(zhì)汞的作用，促使煙氣中的單質(zhì)汞部分轉(zhuǎn)化成氧化汞，可在后續(xù)的除塵過(guò)程中加以脫除，因此脫硝過(guò)程和除塵過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合脫汞，使整個(gè)污染治理系統(tǒng)得到有效簡(jiǎn)化，占地面積大幅減少，主要占地設(shè)備集中體現(xiàn)在循環(huán) 流化床十法脫硫裝置和袋式除塵器上，脫硝劑制備系統(tǒng)占地很小，脫硝反應(yīng)設(shè)備則借用脫硫塔，而脫汞功能的實(shí)現(xiàn)不需要添加其它設(shè)備。結(jié)語(yǔ) 經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源