循環(huán)流化床鍋爐煙氣超低排放改造技術(shù)路線分析

葉偉平，邱國銘，杜振，魏宏鴿，張楊，朱躍

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.沈陽金山能源股份有限公司，遼寧沈陽110006）

循環(huán)流化床鍋爐煙氣超低排放改造技術(shù)路線分析

葉偉平1，邱國銘2，杜振1，魏宏鴿1，張楊1，朱躍1

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.沈陽金山能源股份有限公司，遼寧沈陽110006）

對循環(huán)流化床鍋爐實(shí)現(xiàn)超低排放改造的脫硫、脫硝和除塵技術(shù)進(jìn)行綜合分析比較，并分析了超低排放改造的投資和運(yùn)行成本，從而提出了循環(huán)流化床鍋爐實(shí)現(xiàn)超低排放的技術(shù)路線，為循環(huán)硫化床鍋爐實(shí)施超低排放改造提供參考。

循環(huán)流化床鍋爐；脫硝；脫硫；除塵；超低排放

0 引言

煙氣超低排放是指燃煤機(jī)組的煙氣主要污染物（SO2、N Ox和煙塵）排放達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）[1]中燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別不高于5m g/m3、35m g/m3、50m g/m3。在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的形勢下，各地方政府均在國家相關(guān)政策的基礎(chǔ)上對燃煤機(jī)組提出了更高的環(huán)保目標(biāo)。而由于循環(huán)流化床機(jī)組本身的特殊性，實(shí)現(xiàn)超低排放的技術(shù)路線也是不一樣的，因此本研究分析了循環(huán)流化床機(jī)組常規(guī)超低排放改造技術(shù)路線，分析了實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放改造的投資和運(yùn)行成本，從而提出循環(huán)流化床鍋爐煙氣超低排放的適用條件。

1 常規(guī)改造技術(shù)路線

1.1 脫硫工藝

當(dāng)前燃煤電廠脫硫工藝主要包括爐內(nèi)噴鈣脫硫、濕法煙氣脫硫和半干法脫硫[2-5]。

（1）爐內(nèi)噴鈣脫硫:在普通煤粉爐中，當(dāng)Ca/S為2-3時(shí)，脫硫效率僅為50%左右。在循環(huán)流化床爐中，當(dāng)Ca/S為1.5-2.5時(shí)，脫硫效率可達(dá)到80%-90%。目前爐內(nèi)噴鈣脫硫主要應(yīng)用在循環(huán)流化床爐。

（2）濕法煙氣脫硫:濕法煙氣脫硫技術(shù)成熟，效率高，運(yùn)行可靠，操作簡單，脫硫副產(chǎn)物可綜合利用。以石灰石-石膏濕法應(yīng)用最廣，國內(nèi)應(yīng)用比例約90%，其主要優(yōu)點(diǎn):1）脫硫效率可達(dá)95%以上；2）對燃煤硫份和機(jī)組容量的適應(yīng)性強(qiáng)。

（3）半干法脫硫:半干法煙氣脫硫主要以循環(huán)流化床煙氣脫硫（CFB-FGD）技術(shù)為主，其主要優(yōu)點(diǎn):1）對SO3、H Cl、H F具有一定協(xié)同脫除作用；2）可以將脫硫和除塵有效結(jié)合；3）脫硫排煙溫度較高，煙囪無需特殊防腐且避免“白煙”；4）無脫硫廢水產(chǎn)生。

表2 煙氣脫硝技術(shù)比較

表1 不同脫硫工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1.2 脫硝工藝

適用于循環(huán)流化床鍋爐的成熟的氮氧化物控制技術(shù)主要有爐內(nèi)低氮燃燒控制技術(shù)（LN B）和爐外SCR脫硝技術(shù)、SNCR脫硝技術(shù)和SN CR/SCR脫硝技術(shù)[6，7]。其中由于鍋爐自身旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)，為煙氣與還原劑的充分混合提供前提條件，SN CR脫硝技術(shù)應(yīng)用在循環(huán)流化床爐上的脫硝效率相對較高，一般為70%，最高可達(dá)75%。因此該技術(shù)已成為當(dāng)前流化床鍋爐脫硝改造的主流技術(shù)。

1.3 除塵工藝

適應(yīng)循環(huán)流化床鍋爐超低排放的除塵技術(shù)主要包括前端本體除塵技術(shù)和終端除塵技術(shù)[8]，其中前端本體除塵技術(shù)主要為電袋/袋式除塵技術(shù)，終端除塵技術(shù)包括濕式電除塵技術(shù)和濕法脫硫裝置協(xié)同除塵技術(shù)，袋式除塵器在循環(huán)流化床的應(yīng)用較為廣泛，已成為循環(huán)流化床鍋爐前端除塵設(shè)施的首選。

電袋/袋式除塵技術(shù)袋式除塵部分通過濾布纖維及其表面形成的粉塵層對煙塵的碰撞攔截作用除塵，具有除塵效率高、煙塵排放濃度?。ǎ?0m g/m3）的特點(diǎn)，部分技術(shù)采用新型超細(xì)纖維濾袋或覆膜濾袋，除塵器煙塵濃度可小于10m g/m3。目前部分電袋/袋式除塵器存在濾袋長時(shí)間運(yùn)行后除塵器整體運(yùn)行阻力超設(shè)計(jì)值、煤粉爐濾袋壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)值等問題。

濕式電除塵器原理與干式電除塵器相同，采用液體沖刷清洗極板。主要用于脫除微細(xì)顆粒物（包括氣溶膠）、硫酸霧、重金屬等，一般設(shè)計(jì)入口粉塵濃度不大于30m g/m3，出口粉塵排放可達(dá)到5m g/m3以下，是當(dāng)前技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)超低排放的可靠途徑。設(shè)備投資較高，燃煤電廠應(yīng)用業(yè)績少、國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間短，極線極板腐蝕及高入口粉塵濃度情況下極板結(jié)垢情況有待于進(jìn)一步驗(yàn)證，部分技術(shù)水耗高、廢水須處理。

圖1 循環(huán)流化床爐不同脫硫工藝經(jīng)濟(jì)性分析

圖2 入口N O x濃度對脫硝系統(tǒng)投資和單位造價(jià)的影響（兩臺機(jī)組）

2 改造投資與運(yùn)行成本

2.1 脫硫改造投資與成本

比較爐內(nèi)噴鈣聯(lián)合爐外濕法煙氣脫硫和直接爐外濕法煙氣脫硫兩種技術(shù)方案（見圖1），直接爐外濕法脫硫工藝較爐內(nèi)聯(lián)合爐外濕法煙氣脫硫工藝投資高，但綜合考慮爐內(nèi)噴鈣對粉煤灰的配品質(zhì)影響，經(jīng)測算增加投資的投資回收期為0.53-2.77a。當(dāng)入口SO2濃度≤2300m g/m3時(shí)，脫硫系統(tǒng)采用單塔工藝，此時(shí)回收期較短（＜1a），當(dāng)入口SO2濃度＞2300m g/m3時(shí)，脫硫系統(tǒng)需采用串塔工藝，此時(shí)投資回收期有所增長。如不考慮粉煤灰的銷售，則投資回收期整體有所增長。當(dāng)入口SO2濃度增大時(shí)，投資回收期逐步減??；當(dāng)SO2濃度＞2300m g/m3時(shí)，采用串塔工藝，投資回收期變大，達(dá)到近12.9a；其后當(dāng)SO2濃度進(jìn)一步增大時(shí)，投資回收期逐漸減小。不同等級循環(huán)流化床機(jī)組的規(guī)律較類似。

2.2 脫硝改造投資與運(yùn)行成本

循環(huán)流化床鍋爐脫硝的投資造價(jià)水平較低，200M W等級機(jī)組單位造價(jià)約為61-68元/kW，300M W等級機(jī)組單位造價(jià)約為48-56元/kW。由于均按采用SNCR/SCR工藝考慮，不同入口N Ox濃度對脫硝系統(tǒng)投資略有影響，但影響不大。

跟重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)相比，投資方面，當(dāng)入口N Ox濃度分別為200m g/m3和300m g/m3時(shí)，2× 200M W等級機(jī)組投資分別增加1130萬元和1240萬元；2×300M W等級機(jī)組投資分別增加1405萬元和1735萬元，入口NO x濃度對投資增加略有影響。

成本方面，入口NO x濃度對成本增加有一定影響。入口濃度分別為200m g/m3和300m g/m3時(shí)，200M W等級機(jī)組脫硝成本約增加3.23元/M W h和4.40元/M W h； 300M W等級機(jī)組脫硝成本約增加2.85元/M W h和4.18元/M W h。

2.3 除塵改造投資與運(yùn)行成本

按袋式除塵器聯(lián)合濕式電除塵器工藝考慮，2× 200M W等級機(jī)組除塵投資約為0.67-0.71億元，單位造價(jià)168-178元/kW。2×300M W等級機(jī)組除塵投資約為0.83-0.87億元，單位造價(jià)138-145元/kW。入口煙塵濃度對造價(jià)的影響較小，當(dāng)入口煙塵濃度從30g/m3增大到80g/m3時(shí)，造價(jià)增長5% -16%。

循環(huán)流化床鍋爐煙塵超低排放改造投資額不隨初始煙塵濃度變化而變化，2× 200M W和2×300M W等級機(jī)組投資增加3800萬元和4600萬元，運(yùn)行成本增加2.47元/M W h和3.15元/M W h。

圖3 N O x超低排放增加投資和成本受入口N O x濃度的影響（兩臺機(jī)組）

圖4 入口煙塵濃度對除塵系統(tǒng)投資和單位造價(jià)的影響（兩臺機(jī)組）

圖5 煙塵超低排放增加投資和成本受入口煙塵濃度的影響（兩臺機(jī)組）

3 結(jié)語

（1）循環(huán)流化床鍋爐SO2超低排放應(yīng)以爐外濕法煙氣脫硫技術(shù)為主。當(dāng)燃煤折算硫份＞0.17%時(shí)，需考慮爐內(nèi)聯(lián)合爐外脫硫或者純爐外濕法脫硫工藝；當(dāng)燃煤折算硫份≤0.83%時(shí)，可采用爐內(nèi)噴鈣脫硫聯(lián)合爐外半干法煙氣脫硫，此時(shí)爐內(nèi)脫硫效率可按80%控制。當(dāng)燃煤折算硫份＞0.83%時(shí)，宜考慮爐內(nèi)噴鈣脫硫聯(lián)合爐外濕法煙氣脫硫或純濕法煙氣脫硫工藝。

（2）循環(huán)流化床爐當(dāng)燃燒生成NO x濃度＜200m g/m3時(shí)，宜采用SNCR脫硝工藝；當(dāng)燃燒生成N Ox濃度≥200m g/m3時(shí)，宜采用SN CR/SCR脫硝工藝。針對流化床鍋爐灰量較大的特點(diǎn)應(yīng)考慮定制大節(jié)距的板式催化劑，且需停運(yùn)爐內(nèi)噴鈣脫硫以避免高鈣飛灰導(dǎo)致催化劑失活?；?xiàng)目如僅采用SN CR，則應(yīng)考慮預(yù)留煙道型SCR布置空間。

（3）循環(huán)流化床鍋爐前端本體宜優(yōu)先采用電袋/布袋除塵工藝。終端除塵技術(shù)目前主要采用濕式電除塵器，但利用濕法脫硫裝置協(xié)同除塵實(shí)現(xiàn)超低排放是發(fā)展方向。針對煙塵濃度5m g/m3的限值，宜通過袋式除塵器等措施控制除塵器出口煙塵濃度不大于20m g/m3。經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)協(xié)同洗塵或濕式電除塵器達(dá)到煙塵超低排放目標(biāo)。

[1]G B 13223-2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]程亮，劉宇，李華民，等.循環(huán)流化床脫硫技術(shù)在我國的應(yīng)用[J].江西能源，2008,（01）：54-57.

[3]李若萍.循環(huán)流化床干法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用[J].江西電力，2009，（01）：32-34.

[4]管維佳.循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)[J].廣東化工，2008，（10）：90-92.

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[6]路濤，賈雙燕，李曉蕓.關(guān)于煙氣脫硝的SN CR工藝及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].現(xiàn)代電力，2004，（01）：17-21.

[7]韓丁，石福渠，石秀書.SN CR脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程，2012，（05）：35-36.

[8]陳明華，聶井會，孫芹芹.循環(huán)流化床鍋爐脫硫除塵技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐[J].能源環(huán)境保護(hù)，2013，（01）：35-37.

Analysis for the Technology Roadmap of Flue Gas Ultra Low Emission in CFB

YE Wei-ping1，QIU Guo-ming2，DU Zhen1，WEI Hong-ge1，ZHANG Yang1，ZHU Yue1
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Shenyang Jinshan Energy Limited by Share Ltd，Shenyang 110006，China）

The papercom pared the desulfurization，denitrification and dustrem ovaltechnology ofultra-low em ission in CFB.analyzed the investm entand operating costs to achieve ultra-low em ission in CFB.Thus proposed the technology roadm ap to achieve ultra-low em issions for CFB，and guided the im plem entation ofultra-low em ission transform ation for CFB.

CFB；denitrification；desulfurization；dust；ultra-low em ission

TM 621.2

B

2095-3429（2017）02-0034-04

2017-01-10

修回日期:2017-04-14

葉偉平（1967-），男，浙江遂昌人，大專，工程師，主要從事火電廠煙氣污染物綜合治理技術(shù)的應(yīng)用工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.008