超潔凈排放技術(shù)在某燃煤循環(huán)流化床鍋爐房中的應(yīng)用

王 貞

（中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司，北京 100120）

城市集中供熱是城市經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其發(fā)展水平是城市現(xiàn)代化的標志。我國集中供熱的主要熱源為熱電廠和區(qū)域鍋爐房，燃料以燃煤為主，但近年霧霾天氣引發(fā)社會重視污染治理問題。本文提出了對燃煤鍋爐房煙氣進行超潔凈處理的方案。

1 項目概況

某燃煤循環(huán)流化床鍋爐房位于青島原熱電廠內(nèi)。青島市人民政府青政辦發(fā)〔2014〕24號《關(guān)于印發(fā)青島市加快清潔能源供熱發(fā)展若干政策的通知》規(guī)定：“青島市域內(nèi)原則上不再新建傳統(tǒng)燃煤供熱項目，因條件限制確需新建的，按照‘一事一議’原則，提交市政府研究。”同時，該通知要求試點高效、潔凈燃煤供熱技術(shù)應(yīng)用。因此，新建項目需要滿足超潔凈排放“煙氣中的污染物排放限值達到塵≤5 mg/Nm3，SO2≤35 mg/Nm3，NOx≤50 mg/Nm3”等環(huán)保指標。

該熱電廠靠近市中心，隨著地區(qū)的發(fā)展建設(shè)，周邊規(guī)劃均為居民住宅及商業(yè)區(qū)，熱源廠建設(shè)及運行過程中會對周邊的環(huán)境造成一定的影響。擴建熱源廠計劃安裝2臺116 MW循環(huán)流化床燃煤熱水鍋爐。

2 煙氣凈化工藝流程選擇

考慮到現(xiàn)今社會大氣環(huán)境問題的壓力及環(huán)保排放指標的日趨嚴格，同時響應(yīng)青島市政府《關(guān)于印發(fā)青島市加快清潔能源供熱發(fā)展若干政策的通知》中的關(guān)于“試點高效、潔凈燃煤供熱技術(shù)應(yīng)用”的要求，本工程的污染物排放標準采用超凈排放標準，即參照《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中的最高標準進行設(shè)計，本工程實施后采用的鍋爐大氣污染物排放限值如表1所示[1]。

表1 擴建工程實施后采用的鍋爐大氣污染物排放限值

2.1 煙氣脫硝工藝

2.1.1 脫硝工藝簡介

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展及環(huán)境保護要求的提高，NOx的控制將是繼粉塵和SO2之后環(huán)保治理的重點。如果不加強控制NOx的排放量，將會對大氣環(huán)境造成嚴重污染。目前常用的是低氮燃燒、選擇性催化還原法脫硝技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)（SNCR）和混合型煙氣脫硝（SNCR+SCR）。

（1）低NOx燃燒技術(shù)。低NOx燃燒技術(shù)主要是通過控制燃燒火焰溫度峰值、限制在火焰峰和反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氧氣含量和停留時間或煙氣再燃燒等方法來減少NOx的形成，低NOx燃燒技術(shù)只有初期投資而沒有運行費用，是一種較經(jīng)濟的控制氮氧化物的方法。

（2）選擇性催化脫硝工藝（SCR）。SCR技術(shù)是把氨基還原劑氣噴入鍋爐下游300～400℃的煙道內(nèi)，在催化劑作用下，利用氨基還原劑的選擇性將煙氣中NOx還原成無害的N2和H2O。反應(yīng)溫度、停留時間、還原劑與煙氣的混合程度、還原劑與NOx的化學(xué)計量比、逸出的NOx和NH3濃度等設(shè)計和運行因素影響SCR系統(tǒng)脫硝率的因素。脫硝效率可以高達95%，NOx排放濃度可控制在50 mg/Nm3以下。

（3）選擇性非催化脫硝工藝（SNCR）。SNCR技術(shù)是利用噴入系統(tǒng)的還原劑氨或者尿素將煙氣中的NOx還原為氮氣分子（N2）和水蒸氣。該方法首先將含氨基還原劑噴入爐膛800～1000℃溫度區(qū)域，高溫下熱解生成氣態(tài)NH3，沒有催化劑的條件下，NH3與NOx進行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx還原成N2與 H2O。

脫硝效率為25%～40%，不適合單一使用[2]。

（4）混合型煙氣脫硝（SNCR+SCR）。混合型SNCR+SCR技術(shù)是將SNCR與煙道型SCR結(jié)合，SNCR承擔脫硝和提供NH3的雙重功能，利用煙道型SCR將上游來的NH3與NOx反應(yīng)完全，從而提高整體脫硝效率，彌補SNCR裝置效率有限的缺陷。SNCR+SCR混合型脫硝技術(shù)是近些年發(fā)展起來的技術(shù)，脫硝效率一般為50%～85%[3]。

2.1.2 脫硝工藝選擇

本工程采用循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)，比較國內(nèi)幾個鍋爐廠家，采用低氮燃燒技術(shù)后，鍋爐爐膛出口NOx排放濃度約180 mg/Nm3，為實現(xiàn)50 mg/Nm3的NOx控制目標，且考慮運行的經(jīng)濟性，節(jié)省用地及投資，建議選用NOx排放濃度較低的鍋爐廠家，并采用SNCR+SCR混合型脫硝技術(shù)。SNCR+SCR聯(lián)合脫硝效率為75%，出口NOx控制在45 mg/Nm3，滿足超潔凈排放50 mg/Nm3要求。SNCR+SCR的還原劑采用氨水，利用熱電廠現(xiàn)有卸氨系統(tǒng)和氨水儲罐，同一期脫硝系統(tǒng)保持一致。

2.2 煙氣除塵工藝

2.2.1 除塵工藝簡介

（1）靜電除塵器。靜電除塵器的原理是含塵煙氣在直流高壓靜電場作用下發(fā)生電離，使粉塵荷電趨向并吸附在收塵極（陽極）表面，達到一定厚度后，通過機械捶打，使塵粒從收塵極表面脫落入灰斗，達到除塵的目的。

靜電除塵器的具有設(shè)備阻力小、效率高、占地面積大的特點。

（2）布袋除塵器。布袋除塵器是利用多孔過濾介質(zhì)分離捕集氣體中固體粒子的凈化裝置，因此除塵效率穩(wěn)定在99.95%以上。布袋除塵器經(jīng)歷大氣反沖和回轉(zhuǎn)脈沖等清灰方式，技術(shù)逐步定型，為目前較為先進的低壓脈沖離線清灰方式。

2.2.2 除塵工藝選擇

靜電除塵器除塵效率高、阻力小、工程投資相對低，且靜電除塵器的電力由電廠廠用電提供，電價成本相對便宜，因此本項目推薦采用靜電除塵器，每臺鍋爐單獨配置靜電除塵器。考慮到該工程鍋爐選用循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐出口煙氣含塵濃度一般小于11891 mg/Nm3，靜電除塵效率達到99.8%時，煙氣排放濃度只能降到23.8 mg/Nm3。為了達到超潔凈排放5 mg/Nm3的要求，本工程采用二級除塵，在靜電除塵后添加脫硫濕式電除塵一體化裝置，考慮到脫硫加藥增加煙氣含塵濃度，按照設(shè)計除塵效率83.4%計算，最終煙囪出口排放濃度≤3.9 mg/Nm3。

2.3 煙氣脫硫工藝

2.3.1 脫硫工藝簡介

燃煤排放的SO2是導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生的主要原因之一，為此，加強燃煤鍋爐的SO2的污染防治是解決環(huán)境SO2污染的重中之重。目前，國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的爐外煙氣脫硫技術(shù)主要有：濕法脫硫、煙氣循環(huán)流化床干法等脫硫工藝。技術(shù)比較如表2所示。

表2 爐外煙氣脫硫工藝比較

2.3.2 脫硫工藝選擇

為達到超潔凈排放的要求，控制SO2排放濃度在35 mg/Nm3以下，該項目脫硫工藝確定采用濕法脫硫。現(xiàn)熱電廠采用鈣法脫硫方式，故該擴建工程選擇鈣法脫硫。

2.4 脫硫除塵一體化

考慮到傳統(tǒng)的布袋除塵無法達到超凈排放中煙塵＜5 mg/Nm3的要求，以及濕法脫硫技術(shù)造成的“石膏雨”污染等問題，根據(jù)超凈排放標準要求，該項目采用脫硫濕式靜電除塵一體化技術(shù)，即在脫硫塔除霧器上部新增濕式電除塵器。對于主要污染物排放指標估算，該項目采用靜電除塵器、脫硫濕電除塵一體化裝置及SNCR+SCR混合型脫硝技術(shù)的整體排放指標效果如表3所示。

表3 煙氣污染物經(jīng)各級處理過程的數(shù)據(jù)

本項目每臺鍋爐配1臺靜電除塵器和1套脫硫除塵一體設(shè)備，其綜合除塵效率≥99.97%。為減少SO2排放量，鍋爐尾部采用“石灰石-石膏法”濕法脫硫裝置進行脫硫，脫硫效率≥97%，采用SNCR+SCR法脫硝，脫硝效率為75%，經(jīng)處理后，煙塵排放濃度≤ 5 mg/Nm3，SO2排放濃度≤ 35 mg/Nm3，NOx排放濃度≤50 mg/Nm3。

3 結(jié)論

工程應(yīng)用表明，燃煤循環(huán)流化床鍋爐房要達到超潔凈排放的要求，需要綜合運用SNCR+SCR混合型脫硝、二級除塵、濕法脫硫等多種技術(shù)。

參考文獻

1 中華人民共和國環(huán)境保護部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB13223-2011 火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

2 蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

3 內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院.SCR煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2014.