煙氣循環流化床干式超凈技術在3×220th煤粉爐上的應用

摘 要：兗礦新疆煤化工有限公司的3×220t/h煤粉爐原采用氨法脫硫工藝，但氨法脫硫系統在運行過程中出現了同步運行率低、二次細顆粒物污染嚴重等現象。因此，兗礦新疆煤化工有限公司決定重新選擇脫硫及其配套脫硝除塵工藝。經過對比分析，重新選擇了創新的煙氣循環流化床干式超凈技術。該技術在實際運行的一年半時間里，具有高效、經濟、穩定的超低排放能力，并且沒有廢水產生，煙囪無需防腐排放透明等特點。在當今超低排放市場中具有較為顯著的推廣應用價值。

關鍵詞：煤粉爐；氨法；干式超凈；煙氣循環流化床法脫硫

1 背景

隨著我國國民經濟的快速發展，我國的空氣質量也逐漸備受關注。在短期內，能源結構（煤炭能源約占70%）不會發生根本性轉變。因此，燃煤煙氣污染仍然是大氣污染的主要來源。

眾所周知，人們對環保的日益關注以及國家環保標準的不斷提高，燃煤鍋爐污染減排的壓力也日益增加。為改進和突破傳統的煙氣處理模式，進一步降低單位發電量的污染物排放強度，全國各燃煤鍋爐積極采取新的煙氣凈化工藝，以滿足超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 毫克/立方米）的要求。

新超低排放標準的提高使得現役燃煤電站和燃煤自備電站中的大部分鍋爐皆需進行脫硫脫硝除塵提效改造，因此針對于燃煤鍋爐的超低排放改造的市場極大。然而，由于受到場地、空間及工期等條件的限制，利用傳統的脫硫脫硝除塵技術手段進行節能減排改造，存在一定的局限性，因此亟需高效、簡潔、適用的提效技術。在上述背景下，燃煤煙氣循環流化床干式超凈凈化技術應運而生。該技術具有高效、經濟、穩定的超低排放能力，并且沒有廢水產生，煙囪無需防腐排放透明等特點。該技術針對不同鍋爐采用合理的改造方案，可達到工期短、占地少、投資少等目的，符合新形勢的超低排放的排放要求[1，2]。

2 燃煤煙氣循環流化床干式超凈凈化技術原理簡介

燃煤煙氣循環流化床干式超凈凈化技術是在原德國魯奇（LLB）公司開發的煙氣循環流化床脫硫技術的基礎上發展而來的。通過技術改造和創新，提高脫硫效率，并將低溫氧化協同脫硝技術（Circulating Oxidation and Absorption， COA）與流化床反應器相結合。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技術。

典型的煙氣循環流化床干式超凈凈化技術主要為干法脫硫技術，并根據循環流化床配套了脫硝和除塵技術等。具體指的是：將燃煤煙氣的治理以循環流化床凈化裝置為核心（見下圖1），在循環流化床反應器內，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Hg等重金屬污染物，通過布袋除塵器對粉塵進行脫硫。同時，有機結合SCR、SNCR等脫硝技術和自主研發的COA技術，實現脫硫脫硝除塵一體化及多污染物協同綜合治理，并最終達到煙氣超低排放的技術。

3 3×220t/h煤粉爐爐后煙氣超低排放改造工藝比選

兗礦新疆煤化工有限公司（簡稱“兗礦新疆”）60萬噸醇氨聯產項目是兗礦集團在新疆啟動的第一個煤化工項目，位于烏魯木齊高新區甘泉堡工業園。兗礦新疆項目配套建設的3×220t/h煤粉爐，為達到當時國家環保要求，在鍋爐尾部建設除塵、氨法脫硫和硫酸銨回收裝置，可利用醇氨聯產項目自給的10%氨水生成硫銨，實現“以廢治廢”的目的。

自2013年1月21日環保試車開始，該配套煙氣凈化系統就承擔起這3臺220t/h煤粉爐的環保重任。然而，在氨法脫硫對SO2具有較高脫硫效率的同時，也出現了一些較為棘手的問題。實際運行中由于腐蝕、檢修等問題引起的資金投入日益增高。最為關鍵的是煙囪排放產生的大量二次細顆粒物拖尾現象始終無法得到解決和改善，無法通過環保部門的驗收。導致正常的生產也時斷時續，給企業造成了經濟損失的同時也產生了一定的負面品牌影響。自治區環保部門要求兗礦新疆在2015年限期整改，兗礦新疆公司最終在社會輿論及環保部門的多重壓力下，決定重新選擇脫硫工藝[3]。并按照最新的燃煤鍋爐“超低排放”限值進行要求和選擇。

3.1 脫硫超低排放改造工藝選擇的原則

目前國內外脫硫（配套脫硝、除塵）方案很多，脫硫工藝的確定，配套的脫硝和除塵工藝也隨之確定。具體到本工程脫硫方案的確定一般應遵循以下原則：

（1）煙氣脫硫脫硝除塵工程建設應符合我國方針和政策，貫徹安全、可靠、經濟、適用并符合國情的原則。

（2）煙氣脫硫脫硝除塵工藝應是技術成熟、先進、經濟合理、有工業化業績的工藝系統。

（3）應考慮節約用水。

（4）本項目二氧化硫排放執行的排放限值為35mg/Nm3，設計脫硫效率需在98.4%左右，對脫硫效率有較高要求；應考慮SO2濃度、SO2控制規劃、環境要求的脫硫效率。

（5）應充分考慮脫硫劑供應條件、脫硫副產品、脫硫灰、飛灰的綜合利用條件。

（6）應充分考慮廢水、廢渣排放條件。

（7）應充分考慮廠區總布置條件等因素。

（8）應考慮生產過渡的方便，脫硫設施的建設盡量減少對鍋爐運行的影響。

目前，國內傳統的脫硫超低排放改造以石灰石-石膏法脫硫為主，但是從近兩年的發展來看，國內能夠滿足超低排放要求的創新脫硫工藝還有以下三種：氨法脫硫、海水法和煙氣循環流化床半干法脫硫[4]。由于新疆地域的限制，以下討論僅對石灰石-石膏法脫硫、氨法脫硫和煙氣循環流化床半干法脫硫進行討論，以達到最終確定本次兗礦新疆3×220t/h煤粉爐的爐后煙氣治理的工藝。

3.2 脫硫工藝的比選

現行的氨法脫硫工藝雖在SO2的排放數據上是達標的，但氨逃逸嚴重，且NOx排放超標。氨法脫硫系統在運行過程中出現了同步運行率低、穩定性差等現象。并且氨逃逸造成亞硫酸氫銨和亞硫酸銨等氣溶膠顆粒，隨脫硫后煙氣排入到大氣環境中，成為大氣PM2.5氣溶膠的一個重要污染源。因此，在氨法脫硫運行中出現的這些問題，都是本次超低排放改造需要考慮和解決的。

本次改造擬采用石灰石-石膏法脫硫、氨法脫硫、煙氣循環流化床半干法脫硫三種脫硫工藝技術進行比對，如表1。

首先，3×220t/h煤粉爐改造的初衷正是由于氨法脫硫未能對脫硫后的SO3、粉塵、氨逃逸和硫銨等帶來的二次細顆粒物進行有效脫除，導致煙囪拖尾很長，被自治區環保部門要求限期整改。通過上述技術分析可以看出，在原有氨法脫硫的基礎上進行超低排放改造，是最為簡單、投資最少的方案。但氨法脫硫即使脫硫尾部加裝濕式電除塵器，也未必能夠保證超低排放的運行，仍然存在二次顆粒物的污染問題。因此，兗礦新疆決定對氨法脫硫裝置進行推倒重來。

針對于石灰石-石膏法和煙氣循環流化床干法脫硫，二者皆可滿足SO2超低排放的要求。但是，首先為了避免因SO3、粉塵和石膏夾帶引起的二次細顆粒物污染，石灰石-石膏法脫硫之后還必須加裝濕式電除塵器，將導致投資成本增加。其次，石灰石-石膏法經過脫硫之后的煙氣為飽和濕煙氣，其末端煙囪進行內襯防腐，也將導致投資成本增加。最后，石灰石-石膏法脫硫還必須每小時定量排放脫硫廢水，廢水零排放的投資成本和運行成本也將隨之增加。相比較而言，煙氣循環流化床干法技術沒有廢水，且煙囪無需防腐，能夠滿足兗礦新疆3×220t/h煤粉鍋爐的超低排放要求。

綜上所述，突破傳統煙氣處理模式的，高效、簡潔、提效的煙氣循環流化床干式超凈技術（含脫硫、脫硝和除塵）便成為本次超低排放的選擇工藝。

4 3×220t/h煤粉爐爐后煙氣超低排放改造工藝方案

4.1 煙氣參數（見表2）

4.2 工藝流程和布置情況

本3×220t/h煤粉爐爐后超低排放改造項目的工藝流程為：鍋爐（原有）→布袋除塵器（原有）→煙氣循環流化床吸收塔→高效布袋除塵器→引風機→煙囪（原有）。流程圖如下圖2所示。

本3×220t/h煤粉爐爐后超低排放改造項目場地緊湊，1#煙氣循環流化床干式超凈裝置布置在1#原有布袋除塵器及綜合管架之間的空地上，2#、3#煙氣循環流化床干式超凈裝置布置在3#原有布袋除塵器的西側空地上。

煙氣循環流化床干式超凈裝置的主要構筑物有電石渣倉、反應塔、脫硫布袋除塵器、脫硫引風機、灰庫等，脫硫引風機布置在原有引風機拆除的位置上。煙氣循環流化床干式超凈裝置是按工藝要求集中布置，各設備的平面和空間組合，既做到工作分區明確，又做到合理、緊湊、方便，外觀造型協調，整體性好，并與廠內其他建筑群體相協調，同時最大限度地節省用地。電石渣倉就近靠近循環流化床吸收塔布置，這種布置一是便于電石渣粉的裝卸；二是吸收劑的輸送距離短。整個煙氣循環流化床干式超凈裝置道路通暢，并設有消防通道和設備檢修通道，預留有足夠的檢修場地。

4.3 脫硫劑

本項目煙氣循環流化床干式超凈技術中的脫硫工藝采用電石渣作脫硫劑，做到了“以廢治廢”的效果，電石渣的主要成分為Ca（OH）2，使得吸收劑成本大大降低。電石渣來源于公司附近的中泰化學產生的濕廢電石渣，通過萊蒙鈣業配套的烘干、研磨裝置，降低電石渣的濕度及粒徑。電石渣干粉滿足煙氣循環流化床干式超凈技術中脫硫要求，具體規格要求如下：

5 超低排放改造后的運行效果討論

5.1 改造前后的運行成本對比

兗礦新疆3×220t/h煤粉爐爐后超低排放改造項目完畢運行已有一年半的時間了，各項運行指標良好。以下僅從運行成本進行對比分析，對超低排放改造前氨法脫硫和改造后煙氣循環流化床干法脫硫工藝的經濟性進行對比。

從表4可以看出，在運行成本上，改造前后的吸收劑的運行費用相差不大，但氨法脫硫用電費用相對較高。另外，氨法脫硫后的間歇性排放脫硫廢水難以處理，而改造后的煙氣循環流化床干法解決了這一問題。

5.2 改造后運行情況

兗礦新疆煤化工3×220t/h煤粉爐配套煙氣循環流化床干式超凈項目，3套裝置陸續于2015年11月開始進入試運行。從運行過程中的監測數據表明，鍋爐煙氣經過煙氣凈化裝置后，SO2濃度低于35mg/Nm3（最低小于5mg/Nm3）；同時粉塵排放低于5mg/Nm3（最低小于3mg/Nm3），各項性能指標均優于設計值。由于COA脫硝的存在，出口NOx濃度運行也可低于50mg/Nm3，運行畫面見下圖3。

同時，2015年12月通過自治區環保廳現場環保檢測評估，2016年1月6日，環評報告批復，是新疆第一家通過環保竣工驗收的煤化工項目。2016年獲得政府扶持專項資金逾千萬元。

6 結束語

對于現有的燃煤煙氣超低排放提效改造的技術而言，兗礦新疆3×220t/h煤粉爐重新選擇了創新的煙氣循環流化床干式超凈凈化技術，進行燃煤煙氣的提效改造，實現了超低排放的要求。

燃煤煙氣循環流化床干式超凈凈化技術具有高效、經濟、穩定的超低排放能力，并且沒有廢水產生，煙囪無需防腐排放透明等特點。同時，可達到工期短、占地少、投資少等目的，符合新形勢的超低排放的排放要求。是一種集“提效、減排、節能、節水”于一體的減排節能實用技術，具有較為顯著的推廣應用價值。

參考文獻

[1]王建春.燃煤煙氣循環流化床干式“超凈+”凈化工藝及應用[J].企業技術開發，2016，35（15）：161-163.

[2]謝慶亮.低低溫電除塵技術在600MW火電機組上的應用[J].中國環保產業，2015，11：64-66.

[3]秦勝，孫清濤，高吉文，等.3×220t/h煤粉爐煙氣干式超凈脫硫除塵改造實踐[J].能源環境保護，2016，30（4）：20-22.

[4]中華人民共和國環境保護部.關于發布《火電廠污染防治技術政策》的公告[EB/OL].http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201701/t2017

0117_394809.htm，2017，01，11.

作者簡介：吳孝敏（1986-），男，漢族，福建省南平市，中級工程師，博士研究生，研究方向：大氣污染治理。