燃煤煙氣循環流化床干式“超凈+”凈化工藝及其應用

摘 要：文章介紹了燃煤煙氣循環流化床干式“超凈+”技術的創新及應用，詳細闡述了干式“超凈+”技術的原理、流程及其特點。并以廣石化的CFB鍋爐爐后煙氣治理項目為依托，說明了循環流化床干式“超凈+”技術具有高效經濟地實現脫硫、脫硝、除塵及多污染物協同治理等效果，可以實現燃煤煙氣“50355+530”（NOX濃度不高于50 mg/Nm3、SO2濃度不高于35 mg/Nm3、粉塵濃度不高于5 mg/Nm3，同時Hg濃度不高于3 μg/Nm3、SO3（硫酸霧）濃度不高于5 mg/Nm3，無廢水產生）的排放指標。該技術為燃煤煙氣超低排放的工藝路線提供了一個嶄新的思路，具有良好的應用前景。

關鍵詞：干式超凈+；脫硫脫硝；循環流化床；多污染物協同脫除

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）15-0161-03

隨著我國國民經濟的快速發展，傳統能源的開發利用引發了嚴重的大氣污染。依據我國資源構成的特點，以燃煤發電為主的能源結構長期很難改變[1]。燃煤煙氣污染控制已成為了當前乃至今后的幾十年中我國環保領域重大的科學、技術和工程問題。

循環流化床干法工藝是國內外研究最多、應用最廣的一種干法煙氣凈化工藝。該工藝具備實現一套系統完成SO2、NOX、Hg、SO3、HCl、HF和粉塵等多種污染物的同時治理的能力。在此基礎上開發高效的干式超凈技術，可以最大限度減少設備的投資成本、運行維護費用和占地面積具有重要意義。

1 循環流化床干式“超凈+”凈化工藝

煙氣循環流化床凈化工藝起源于德國魯奇。2001年后，福建龍凈環保股份有限公司（簡稱“龍凈”）在引進原德國魯奇公司的CFB脫硫技術基礎上，解決了易結垢、堵塞、甚至塌床等問題，并成功地讓循環流化床反應器能夠適應鍋爐不同負荷變化，使得煙氣循環流化床凈化工藝得到了長足的進步和發展[2，3]。

隨著我國燃煤煙氣的超低排放升級改造治理的推進，龍凈通過深度改造和創新，進一步提高了煙氣循環流化床干法工藝的脫硫率，并將低溫氧化協同脫硝技術與流化床反應器相結合[4，5]。同時，開發超低排放的特種布袋除塵器，形成了燃煤煙氣循環流化床干式“超凈+”凈化工藝技術，高效經濟地實現了燃煤煙氣脫硫、脫硝、除塵及多污染物協同凈化目標。

1.1 凈化流程

典型的煙氣循環流化床干式“超凈+”凈化技術主要包括脫硫、脫硝、除塵及多污染物協同治理等，具體指的是：將燃煤煙氣的治理以循環流化床凈化技術為核心，如圖1所示，在循環流化床反應器（吸收塔）內，噴水增濕的煙氣與噴入的吸收劑（消石灰）強烈混合進行反應，脫除煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF和二噁英等氣態污染物，以及對粉塵、Hg等重金屬污染物的協同脫除。同時，有機結合SCR、SNCR等脫硝技術和自主研發的低溫氧化協同脫硝技術，實現脫硫脫硝除塵一體化及多污染物協同綜合治理，并最終達到煙氣超凈排放的工藝技術。

1.2 工藝原理

循環流化床凈化吸收塔內進行的化學反應是非常復雜的。煙氣中大量的SO2和少量的SO3、HCl、HF及二噁英等污染物與Ca（OH）2反應生成亞硫酸鈣和硫酸鈣，以及其他相應的副產物。

其中，煙氣中的NOx（一般以NO形式存在）污染物被脫除的過程如下：

2NO+NaClO2 =2NO2+NaCl氧化過程

2Ca（OH）2+4NO2=Ca（NO3）2+Ca（NO2）2+2H2O吸收過程

1.3 循環流化床干式“超凈+”凈化工藝的技術特點

循環流化床干式“超凈+”工藝技術繼承了原有的循環流化床干法凈化工藝的占地小、凈化效率高、煙囪無需防腐、煙囪排煙透明等優點外，還具有以下創新的技術特點：

①煙氣排放指標媲美甚至優于燃氣輪機的標準。循環流化床干式“超凈+”技術可實現裝置出口煙氣“50355+530”的“超凈+”排放指標（即：NOX濃度≤50 mg/Nm3、SO2濃度≤35 mg/Nm3、粉塵濃度≤5 mg/Nm3，同時Hg濃度≤3 μg/Nm3、SO3（硫酸霧）濃度≤5 mg/Nm3，無廢水產生）。以較低的投資和運行成本，實現技術經濟性佳的多種污染物協同脫除。

②優化的工藝水系統和吸收塔結構，優良的塔內傳質傳熱過程提高了SO2的脫除效率，實現SO2的經濟性超低排放。

③創新的協同低溫脫硝工藝，助力NOx實現超凈排放，并進一步促進脫硫效率的提升。協同低溫脫硝工藝的單獨脫硝效率可達60%以上。同時，還能提高脫硫效率，更為經濟高效地實現SO2的超凈排放。

④“流化床造粒+超濾布袋除塵”的組合，更為有效地脫除PM2.5細顆粒物，實現粉塵的超低排放。

⑤多污染物高效協同凈化。可同步高效脫除SO3、HCl、HF等酸性氣體（脫除率可達98%以上），以及脫除鉛、砷、汞等重金屬污染物（綜合脫除率在95%以上）。

2 工程實例

中國石化廣州分公司（簡稱“廣石化”）是中國石化集團所屬特大型石化聯合企業，采用高硫燃料（硫分含量高，6.0%～6.7%之間）的1#、2#循環流化床鍋爐（2×420 t/h）分別建成投產于2007年12月及2009年4月。

廣石化1#、2#循環流化床鍋爐（2×420 t/h）的煙氣超低排放改造項目是國內第一臺投運的CFB鍋爐配套煙氣循環流化床干式“超凈+”工藝，該工程于2014年初開始實施， 2014年6月一次性順利成功投運。

2.1 設計參數

2.1.1 燃料成分

廣石化2×420 t/h燃燒高硫燃料CFB鍋爐的主燃料為廣石化煉油廠的高硫石油焦，其成分分析，見表1，硫含量非常高，在6.0%～6.7 %之間。

2.1.2 煙氣參數

廣州石化2×420 t/h燃燒高硫燃料CFB爐空預器出口煙氣參數，見表2，爐內脫硫效率為92 %，Ca/S為2.35。出口設計值按“50355+530”進行設計。

2.2 運行情況

2.2.1 NOx“超潔凈排放”控制

廣州石化2×420 t/h CFB爐由于燃燒高硫的石油焦和煤混合，鍋爐排放NOx濃度波動較大，低負荷運行時，濃度在150～250 mg/Nm3范圍之內，滿負荷時，濃度高至350 mg/Nm3。

綜合考慮運行成本因素，當原始NOx濃度較低時，僅投運SNCR脫硝裝置，即可實現NOx低于50 mg/Nm3的超低排放。鍋爐初始NOx濃度為200 mg/Nm3時，如圖2所示。利用SNCR脫硝裝置可將鍋爐出口NOx的濃度降到35.7 mg/Nm3，經過循環流化床干式“超凈+”裝置后，NOx濃度進一步降至27.76 mg/Nm3。

當NOx初始濃度較高時，為了實現NOx的超低排放，在SNCR投運基礎上，再投運協同低溫脫硝系統，可將NOx排放濃度穩定控制在50 mg/Nm3以下。如圖3所示，鍋爐初始NOx濃度為320 mg/Nm3時，SNCR投運后進入到吸收塔入口的NOx濃度為72.8 mg/Nm3，利用低溫協同脫硝裝置可控制循環流化床干式“超凈+”裝置最終出口NOx的排放濃度達到20.0 mg/Nm3，其中低溫協同脫硝效率達73 %。

2.2.2 SO2“超潔凈排放”控制

通過CFB鍋爐爐內脫硫的有效控制后，吸收塔入口SO2濃度為800～1 500 mg/Nm3。為實現SO2“超低排放”要求，通過進一步優化運行工況，對運行溫度、床層壓降等參數進行精準控制，通過噴入系統中工藝水量的調節適當降低運行溫度，同時提高床層壓降，可保證SO2的排放濃度穩定在35 mg/Nm3以下。廣石化CFB爐循環流化床干式“超凈+”裝置出入口持續運行的SO2曲線，如圖4所示。

2.2.3 粉塵和其他污染物的“超凈+”控制

通過吸收塔內激烈的顆粒湍動和凝并作用，以及布袋除塵器的過濾作用，充分保證了煙氣循環流化床干式“超凈+”裝置出口的煙塵濃度穩定小于5 mg/Nm3的“超低排放”。

另外，廣石化項目硫酸霧（SO3）的脫除效率高達99%，出口濃度為3.4 mg/m3；在不添加任何吸附劑的前提下，總Hg脫除率達87.7%，出口濃度為0.824 μg/m3，遠低于《火電廠大氣污染物排放標準 GB13223-2011》中的排放要求。

3 展 望

燃煤煙氣循環流化床干式“超凈+”技術，可實現脫硫、脫硝、除塵及多污染物協同凈化的功效，該技術具有高效、協同、經濟、穩定的“超凈+”排放等特點，而且沒有廢水產生、煙囪無需防腐、排煙透明無視覺污染，真正實現技術經濟性好的燃煤煙氣的超低排放要求，具有極為廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 崔村麗.我國煤炭資源及其分布特征[J].科技情報開發與經濟，2011，

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[2] 詹威全.循環流化床脫硫的技術優勢及應用的最新進展[J].中國環保 產業，2011，（9）.

[3] 張原.新型煙氣循環流化床脫硫技術創新研究[J].中國環保產業，2014，

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[4] Jianchun Wang. Comprehensive Solution to Flue Gas Desulfurization

and Denitration of Circulating Fluidized Bed Boiler[J]. Meteorological

and Environmental Research，，2014，（7）.

[5] 王建春. 煙氣循環流化床脫硫脫硝一體化技術中試研究[J].中國環保 產業，2013，（1）.