燃煤鍋爐煙氣深度處理技術(shù)介紹

./燃煤鍋爐煙氣深度處理技術(shù)介紹王建中馮肇霖XX熱工研究院華南理工大學(xué)摘要：《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》<GB13223-2011>,對(duì)煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了嚴(yán)格的規(guī)定,這對(duì)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(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn),本文列舉了熱電行業(yè)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的應(yīng)對(duì)對(duì)策以及燃煤鍋爐煙氣深度處理中遇到的問(wèn)題及系統(tǒng)簡(jiǎn)介。關(guān)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(zhì)量,于2004年1月1日起執(zhí)行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》<GB13223-2003>,對(duì)煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了嚴(yán)格的規(guī)定,至2010年最高允許排放濃度按區(qū)域和時(shí)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(yù)留煙氣脫除氮氧化物裝置空間。自2012年1月1日起實(shí)施GB13223-2011,對(duì)燃煤鍋爐的煙塵排放限制為30mg/m3,對(duì)國(guó)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(yán)重大氣環(huán)境污染問(wèn)題而需要嚴(yán)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(biāo)提高了近一倍！珠江三角、長(zhǎng)三角、京津唐地區(qū)作為重點(diǎn)地區(qū),所面臨的環(huán)境保護(hù)壓力也會(huì)比一般地區(qū)大。一、《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003升級(jí)為GB13223-2011的政策說(shuō)明GB13223-2011,對(duì)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(chǎn)的鍋爐、W型火焰爐膛鍋爐、現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐采取200mg/m3的排放限值外,對(duì)重點(diǎn)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(duì)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(chǎn)的鍋爐、W型火焰爐膛鍋爐、現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐采取200mg/m3的排放限值外,對(duì)重點(diǎn)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到甚至優(yōu)于發(fā)達(dá)國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)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(duì)新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的應(yīng)對(duì)對(duì)策2.1熱電行業(yè)常見污染物去除工藝簡(jiǎn)介除塵凈化裝置的分類⑴機(jī)械式除塵器：重力沉降室、慣性除塵器,旋風(fēng)除塵器等；⑵濕式洗滌器：如旋風(fēng)水膜洗滌器、噴霧洗滌器、文丘里洗滌器等；⑶過(guò)濾式除塵器：如袋式除塵器等；⑷電除塵器：如干式電除塵器、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(shù)介紹目前世界上所擁有的燃燒后脫硫技術(shù)〔FGD有上百種之多,這些工藝主要包括：<1>濕法脫硫技術(shù),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(shù)約占48.3%；<2>半干法脫硫技術(shù),主要包括噴霧干燥脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴射吸收劑/增溫活化脫硫技術(shù)等,約占全世界FGD裝置總量的近10%；<3>干法脫硫技術(shù),包括煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)、等離子體脫硫技術(shù)等據(jù)統(tǒng)計(jì),全球燃煤電廠已有近千臺(tái)煙氣脫硫裝置,總裝機(jī)容量達(dá)240GW。2.1.3常見NOx控制技術(shù)的介紹所采用的技術(shù)脫硝效率%工程造價(jià)運(yùn)行費(fèi)用1.低氮燃燒技術(shù)<LNB,etc.>25-40較低低2.SNCR技術(shù)25-40低中等3.LNB+SNCR技術(shù)40-70中等中等4.SCR技術(shù)80-90高中等5.SNCR/SCR混合技術(shù)40-80中等中等6.等離子脫硝技術(shù)80較低較低●國(guó)內(nèi)SCR脫硝常規(guī)布置方式鍋爐負(fù)載信號(hào)鍋爐負(fù)載信號(hào)省煤器混合器液氨蒸發(fā)槽液氨儲(chǔ)槽液氨緩沖槽氮氧化物監(jiān)視器煙囪脫硫DeSOxFIC空預(yù)器電除塵鍋爐脫硝DeNOx稀釋風(fēng)機(jī)FDF●SNCR、SCR等技術(shù)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(shí)機(jī)。采用該原理的主要技術(shù)包括低氮燃燒器、OFA分級(jí)送風(fēng)等。●在煙氣中脫除NOx4NO+4NH3+O2-->4N2+6H2O6NO2+8NH3+O2-->7N2+12H2O<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(chǎn)生并應(yīng)用較多的有選擇性催化還原技術(shù)<SCR>、選擇性非催化還原技術(shù)<SNCR>、SCR/SNCR混合法技術(shù)等。SCR,SNCR,SNCR/SCR及的技術(shù)參數(shù)比較項(xiàng)目SCR混合型SNCR/SCRSNCR反應(yīng)劑以NH3為主可使用NH3或尿素可使用NH3或尿素反應(yīng)溫度320～400℃前段：900～1,100℃后段：320～400℃900～1,100℃催化劑主要由TiO2,V2O5WO3組成后段加裝少量催化劑,主要由TiO2,V2O5,WO3組成不使用催化劑脫硝效率80～90%可達(dá)80%以上25～40%反應(yīng)劑噴射位置多選擇于省煤器與SCR反應(yīng)器間煙道內(nèi)綜合SCR和SNCR通常爐膛內(nèi)噴射2.1.4等離子脫硫脫硝的工作原理目前國(guó)內(nèi)可以同時(shí)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(shù)是近年國(guó)際研究熱點(diǎn),被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的綜合技術(shù)。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于能同時(shí)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(shù)領(lǐng)域,已成為我國(guó)重點(diǎn)支持的科技方向之一。本系統(tǒng)采用氨法復(fù)合等離子技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝。采用先進(jìn)的AC／DC<交直流疊加>電源產(chǎn)生流光放電,在大的電場(chǎng)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(shí)產(chǎn)生等離子體的高壓電場(chǎng)還能捕集微細(xì)的霧粒。它充分利用了等離子體自由基的強(qiáng)氧化性和氨吸收的化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝,并產(chǎn)生副產(chǎn)物化肥。等離子脫硫脫硝工業(yè)化試驗(yàn)實(shí)例2.2.1面對(duì)煙塵排放限值提高的應(yīng)對(duì)對(duì)策現(xiàn)有除塵設(shè)備擴(kuò)容現(xiàn)有除塵設(shè)備整改現(xiàn)有除塵器拆除新上設(shè)備〔如電除塵器改電袋除塵器2.2.2面對(duì)二氧化硫、氮氧化物排放限值提高的應(yīng)對(duì)對(duì)策在脫硫劑中添加脫硝劑,脫硫脫硝同步進(jìn)行在脫硫裝置后新增脫硝設(shè)備〔如SNCR、SCR或SNCR-SCR利用等離子設(shè)備同時(shí)脫硫脫硝三、燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)技術(shù)思路的提出3.1.1各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不斷修訂〔如《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》〔GB13223-2011等,排放指標(biāo)限值進(jìn)一步收緊,環(huán)境形勢(shì)倒逼。3.1.2《珠江三角洲環(huán)境保護(hù)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(shí)〔含和使用8年以上的10噸/小時(shí)以下的燃煤鍋爐,實(shí)施集中供熱或改用油、氣、電。3.1.3《XX省珠江三角洲大氣污染防治辦法》〔XX省人民政府第134號(hào)第十一條地級(jí)以上市人民政府應(yīng)當(dāng)根據(jù)本行政區(qū)內(nèi)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(wú)污染的工業(yè)鍋爐、窯爐。地級(jí)以上市人民政府應(yīng)當(dāng)根據(jù)大氣污染防治的需要?jiǎng)澏ㄐ姓^(qū)域內(nèi)燃料限制區(qū),限制區(qū)內(nèi)禁止新建普通燃煤、燃重油鍋爐。3.1.4鍋爐運(yùn)行成本對(duì)比〔以4t/h為例,按每天單班、年360天運(yùn)行計(jì)算鍋爐類型燃料消耗量〔kg/h>燃料單價(jià)〔元/kg小時(shí)燃料費(fèi)用〔元年燃料費(fèi)用〔萬(wàn)元年增加費(fèi)用〔萬(wàn)元燃煤鍋爐6400.85544158以此為基數(shù)作對(duì)比生物質(zhì)鍋爐7801.078022769水煤漿鍋爐6351.3825313155天然氣鍋爐306Nm3/h4.5元/m31377402244重油鍋爐2985.01475430272輕油鍋爐2637.21894553395眾多中小型燃煤鍋爐面臨被淘汰、或被迫改為燃價(jià)格更高的清潔燃料,對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益甚至生存都產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。經(jīng)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(zhì)燃料、煤制氣和天然氣燃料鍋爐的國(guó)家或地方排放指標(biāo)。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

3.2.1對(duì)于未配備除塵脫硫裝置和經(jīng)處理未達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的中小型燃煤鍋爐,按圖一的系統(tǒng)進(jìn)行配置煙氣深度處理裝置。3.2.2對(duì)于原已達(dá)標(biāo)的鍋爐,希望能滿足更高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),可選擇增加靜電除微塵除霧器,對(duì)煙氣進(jìn)行深度處理,去除汽霧、氣溶膠、PM2.5、重金屬物質(zhì),達(dá)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(jīng)過(guò)靜電消煙除塵單元得到－級(jí)處理,消除了絕大部分的煙塵；然后進(jìn)入氣動(dòng)乳化除塵脫硫單元進(jìn)行二級(jí)處理,除去煙氣中的二氧化硫,并進(jìn)一步除去煙氣中的煙塵；經(jīng)過(guò)處理的煙氣進(jìn)入靜電除微塵除霧單元進(jìn)行三級(jí)處理,除去煙氣中殘留的重金屬、微塵、二氧化硫、氣溶膠物質(zhì)和汽霧,完成煙氣的深度處理,使經(jīng)處理的煙氣污染物達(dá)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(jiǎn)介3.4.1靜電消煙除塵器靜電消煙除塵器<ESP>是以高壓直流電在兩極間產(chǎn)生電暈放電,含煙塵氣流通過(guò)該空間時(shí),煙塵微粒被強(qiáng)制荷電,在庫(kù)侖力作用下向極板運(yùn)動(dòng),并被極板收集。靜電消煙除塵過(guò)程可分五個(gè)階段：〔1采用高壓電場(chǎng)將氣體電離,產(chǎn)生大量離子；〔2煙氣微粒獲得離子而荷電；〔3荷電微粒產(chǎn)生凝并；〔4帶電微粒向電極作定向移動(dòng),并被收塵極板收集；〔5將電極上的積塵清除。因此其動(dòng)態(tài)過(guò)程為：荷電--凝并--收集--清除。靜電除塵器實(shí)用中的關(guān)鍵問(wèn)題是絕緣與極配問(wèn)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(gè)不均勻電場(chǎng),使電暈極產(chǎn)生最大的電場(chǎng)強(qiáng)度,而使氣體電離,產(chǎn)生大量負(fù)離子,保證煙塵微粒達(dá)到飽和荷電,從而保證最佳的消煙除塵效果。3.4.2氣動(dòng)乳化脫硫工作原理經(jīng)加速的待處理氣體從過(guò)濾器下方進(jìn)入過(guò)濾器,形成旋轉(zhuǎn)氣流,與過(guò)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(fù)破碎,液粒變得越來(lái)越細(xì)微,氣液充分混合并在恰當(dāng)?shù)膮?shù)匹配下形成一段動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的液滴懸浮層稱之為乳化層。當(dāng)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(zhì)排出過(guò)濾器,氣體得到凈化。氣動(dòng)乳化脫硫除塵器由三部分組成,煙氣先進(jìn)入均氣室,再進(jìn)入氣動(dòng)乳化過(guò)濾元件組,最后通過(guò)氣液分離室進(jìn)入下一級(jí)靜電除微塵除霧器。氣動(dòng)乳化脫硫工程應(yīng)用實(shí)例3.4.3靜電除微塵除霧器工作原理含有懸浮粒子的煙氣通過(guò)靜電除霧器入口喇叭,經(jīng)氣流分布板均勻流進(jìn)入電場(chǎng),懸浮粒子被荷電并在電場(chǎng)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(zhì)基本上被有效吸附,從而達(dá)到將煙氣進(jìn)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(chǎng)上方設(shè)置的噴水管路進(jìn)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(yīng)用實(shí)例3.5燃煤鍋爐煙氣深度處理系統(tǒng)特點(diǎn)高消煙除塵率：經(jīng)過(guò)靜電消煙除塵后的煙氣,進(jìn)入氣動(dòng)乳化脫硫的同時(shí),也是進(jìn)行深度除塵除黑煙的階段。對(duì)普通方法難于達(dá)標(biāo)排放的含超細(xì)粉塵和高濃度有害氣體的凈化有明顯優(yōu)勢(shì),對(duì)PM2.5的去除效率達(dá)99%；高脫硫率：能適應(yīng)各種煙氣,設(shè)計(jì)脫硫率90%-99.7%之間,是目前國(guó)內(nèi)脫硫效果最好的技術(shù)；未級(jí)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(zhì)和汽霧,完成煙氣的深度治理,使經(jīng)處理的煙氣污染物達(dá)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(dòng)乳化脫硫是目前唯一不需要噴嘴的脫硫技術(shù),沒(méi)有噴嘴,不會(huì)堵塞,因而不會(huì)影響脫硫效率；運(yùn)行成本低：由于氣、液接觸表面積大,相應(yīng)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(yīng)設(shè)備規(guī)格小、功率小,年運(yùn)行費(fèi)僅為其他脫硫方式的30%；使用期長(zhǎng)：整個(gè)脫硫設(shè)備,全部采用進(jìn)口316L不銹鋼制造,能耐高溫、耐磨損、耐腐蝕,設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)10年以上；管理方便,運(yùn)行可靠：脫硫塔免維護(hù)、免操作、無(wú)需工人值守。3.6中小型燃煤鍋爐煙氣深度處理設(shè)備的主要參數(shù)設(shè)備基本參數(shù)：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(fēng)率＜5%,循環(huán)液損耗量＜5%；設(shè)備進(jìn)口煙氣參數(shù)：含塵濃度＜50g/m3,SO2＜5