cfb鍋爐深度脫硫及脫硝技術(shù)方案研究

cfb鍋爐深度脫硫及脫硝技術(shù)方案研究

0脫硫廢水排放由于火力發(fā)電的污染，污染已成為中國能源工業(yè)的主要制約因素。治污減排是中國電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要技術(shù)問題。國家環(huán)境保護(hù)部2011年7月29日頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)規(guī)定,火力發(fā)電廠SO2及NOx排放質(zhì)量濃度小于100mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),下同)。而對(duì)于折算硫分較高的煤種及揮發(fā)分較高煤種,采用爐內(nèi)脫硫及分級(jí)燃燒技術(shù),相當(dāng)數(shù)量的CFB鍋爐尚無法滿足SO2及NOx排放的要求。為此,需要研究深度脫硫及進(jìn)一步降低NOx排放的技術(shù)措施。1關(guān)于脫硫效率對(duì)已運(yùn)行CFB鍋爐的測(cè)試表明,對(duì)折算硫分Szs小于1g/MJ的燃料,當(dāng)Ca/S摩爾比為2.0~3.0時(shí),其脫硫效率可達(dá)到90%~98%,個(gè)別CFB鍋爐甚至能夠達(dá)到99%,相應(yīng)的SO2排放值在100mg/m3以下,典型的工程實(shí)例如表1所示。由表1可知,對(duì)于福建Y電廠300MWCFB鍋爐而言,在Ca/S摩爾比等于5時(shí),脫硫效率達(dá)到99%。此時(shí)對(duì)應(yīng)的SO2排放值為50mg/m3,雖然Ca/S摩爾比數(shù)值特別大,但煤的折算硫分相對(duì)較低(0.34%),故石灰石耗量為17.7t/h,約為入爐煤量的10%,所以采用爐內(nèi)脫硫技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上也是可以接受的。而對(duì)于云南H電廠300MWCFB鍋爐,即使在Ca/S摩爾比等于3.66、脫硫效率98.16%時(shí),SO2排放值為211mg/m3。因此,對(duì)于折算硫分Szs=2.25g/MJ的燃料,僅采用爐內(nèi)脫硫SO2排放值已無法滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。CFB鍋爐的運(yùn)行床溫宜控制在850~920℃,過量空氣系數(shù)為1.05~1.12,可實(shí)現(xiàn)低溫燃燒和分級(jí)燃燒。在合適的運(yùn)行參數(shù)下,一般CFB鍋爐NOx的排放可控制在70~200mg/m3,但也有個(gè)別揮發(fā)分較高的煤種,NOx排放達(dá)到250mg/m3。2so2排放值的預(yù)測(cè)煤的折算硫分Szs與原始SO2排放值呈較好的線性關(guān)系,而收到基含硫量Sar與原始SO2是多值性關(guān)系。對(duì)于不同煤種同樣的收到基含硫量Sar,由于發(fā)熱量差別很大,其原始排放值可能差別很大。例如,當(dāng)收到基含硫量Sar約為1.5%時(shí),原始SO2排放值可在3200~5200mg/m3之間變化。研究表明,以折算硫分作為判別煤中含硫量的大小更為科學(xué)。SO2排放值CSO2(mg/m3)可用下列公式預(yù)測(cè)式中:Szs為煤的折算硫分,g/MJ;Sar為煤的收到基含硫量,%;Qnet,ar,p為煤的低位發(fā)熱量,kJ/kg;ηS-self為煤的自脫硫效率,%,CFB鍋爐一般為20%~30%。上述計(jì)算公式中,在過量空氣系數(shù)α=1.4時(shí),煤1MJ發(fā)熱量所產(chǎn)生的干煙氣容積按0.3678m3/MJ進(jìn)行估算,其誤差在±5%以內(nèi)。實(shí)際CFB鍋爐的NOx排放值CNOx主要和氮轉(zhuǎn)化率、爐膛溫度及二次風(fēng)口位置等因素有關(guān),可用下列公式預(yù)測(cè)式中:Nzs為煤的折算氮含量,g/MJ;ηN-self為煤的自脫硝效率,%。3干法脫硫工藝對(duì)于Szs為1.0~2.5g/MJ的燃料,CFB鍋爐需要采用爐內(nèi)及爐外2級(jí)脫硫工藝,爐內(nèi)脫硫效率90%(Ca/S摩爾比等于2.2),爐外脫硫效率90%(Ca/S摩爾比等于1.5),2級(jí)脫硫工藝的綜合脫硫效率可達(dá)到99%,最終SO2排放值可控制在100mg/m3以下。2級(jí)脫硫工藝流程如圖1所示。在華能BS熱電廠300MWCFB鍋爐的工程應(yīng)用結(jié)果表明,爐外脫硫工藝可優(yōu)化考慮采用循環(huán)流化床煙氣脫硫(CFB-FGD)工藝。CFB-FGD為半干法脫硫工藝,其由吸收劑添加系統(tǒng)、循環(huán)流化床反應(yīng)器、分離器以及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。CFB反應(yīng)器底部為布風(fēng)裝置(布風(fēng)板或文丘里管),反應(yīng)器下部密相區(qū)布置有石灰漿(或石灰粉)噴嘴、加濕水噴嘴、返料口等,反應(yīng)器上部為過渡段和稀相區(qū)。CFB反應(yīng)器的出口為分離器,分離器下部為立管和回料裝置,它們用于分離反應(yīng)器循環(huán)物料,并將循環(huán)物料送回循環(huán)流化床反應(yīng)器。鍋爐空氣預(yù)熱器出口的煙氣從CFB下部布風(fēng)裝置進(jìn)入反應(yīng)器,維持循環(huán)流化狀態(tài)。新鮮石灰漿(或干石灰與水)由壓縮空氣霧化后通過布置在反應(yīng)器中央的兩相流噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器,在CFB反應(yīng)器內(nèi),SO2、SO3及其他有害氣體如HCl和HF與脫硫劑反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物由煙氣攜帶出反應(yīng)器。經(jīng)分離器分離下來的固體顆粒返回CFB反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán),脫硫劑經(jīng)過多次循環(huán),延長了脫硫反應(yīng)時(shí)間,提高了脫硫劑的利用率。工藝水用噴嘴噴入吸收塔下部,以增加煙氣濕度降低煙溫,使反應(yīng)溫度盡可能接近水露點(diǎn)溫度,從而提高脫硫效率。從分離器出來的煙氣及少量細(xì)顆粒進(jìn)入除塵器進(jìn)行最后除塵。除塵后的煙氣溫度為70~75℃,不必加熱即可經(jīng)煙囪排入大氣。為使CFB鍋爐進(jìn)一步降低NOx排放值,達(dá)到深度脫硝的目的,可在爐膛出口處設(shè)置選擇性非催化還原(SNCR)系統(tǒng),典型CFB鍋爐的SNCR系統(tǒng)由還原劑儲(chǔ)槽、還原劑噴槍以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成(見圖2)。還原劑可采用液氨或尿素溶液。還原劑在旋風(fēng)分離器入口煙道上噴入時(shí),煙氣溫度一般為800~920℃。煙氣在分離器內(nèi)有較長的停留時(shí)間,且噴入的還原劑與煙氣在強(qiáng)旋流的作用下混合良好,因此可實(shí)現(xiàn)降低NOx的目的。4cfb鍋爐采用snpr技術(shù)措施本文研究表明:對(duì)于折算硫分Szs小于1g/MJ的燃料,鈣硫摩爾比在2.0~3.0時(shí),CFB鍋爐內(nèi)脫硫效率可達(dá)90%~98%,相對(duì)應(yīng)的SO2排放值小于100mg/m3;對(duì)于折算硫分Szs為1.0~2.5g/MJ的燃料,CFB鍋爐需要采用爐內(nèi)及爐外2級(jí)脫硫工藝,爐外采用半干法CFB脫硫方式時(shí),2級(jí)綜合脫硫效率可達(dá)到99%,SO2排放值可控制在100mg/m3以下;對(duì)于低揮發(fā)分難燃煤種(Vdaf≤15%),CFB鍋爐采用爐內(nèi)分級(jí)燃燒技術(shù)后,NOx排放值可穩(wěn)定在100mg/m3以下;對(duì)于煙煤等高揮發(fā)分煤種CFB鍋爐需要采用SNCR技術(shù),其工程應(yīng)用表明NOx排放值可達(dá)到小于50mg/m3。由此可見,CF鍋爐采用合適的技術(shù)措施,能夠?qū)崿F(xiàn)SO2及NO的超低排放。用尿素溶液作為還原劑的SNCR系統(tǒng)在CFB鍋爐上應(yīng)用的典型實(shí)例是國內(nèi)某熱電廠2×30