循環流化床鍋爐煙氣脫硫系統超低排放改造實踐與探討

常波

摘 要：當前環保政策日益嚴格，部分已完成脫硫改造投運運行機組又面臨著新一輪的超低排放改造，以某電廠機組循環流化床鍋爐半干法脫硫系統為例，通過測試一系列實驗參數，掌握該機組脫硫裝置主要性能，并結合下階段即將開展的超低排放改造工程關鍵參數要點進行分析與探討，提出相應的意見與解決措施。

關鍵詞：火電廠;煙氣脫硫;半干法;超低排放

一、項目簡介

陜西黃陵電廠二期 2×240t/h 循環流化床鍋爐，機組滿負荷二氧化硫排放濃 度分別約為1000mg/Nm3，結合現有爐內噴鈣系統+半干法脫硫系統能實現 200 mg/Nm3 以下，隨著環保標準的提高，面臨著實現 NOx 超低排放的壓力，計劃進行鍋爐二氧化硫超低排放改造，達到超低排放指標SO2濃度<35mg/m3，降低石灰石用量，實現環保達標排放。

二、目前CFB機組存在問題

1） CFB脫硫工藝長期未投入使用，目前半干法脫硫建床不穩定;

2）CFB脫硫系統效率較低，未能不能達到超低效果;

三、脫硫改造工藝路線

脫硫除塵：鍋爐原始煙氣SO2排放濃度～2000mg/Nm3，煙氣標況流量為310000Nm3/h?，F有爐內脫硫+循環流化床脫硫處理后，SO2排放濃度降低到～200mg/Nm3。本次脫硫改造采取優化爐內脫硫+新型半干法多級增濕超凈脫硫技術工藝。優化爐內噴鈣脫硫，提升脫硫效率到65%。另外對現有的循環流化床脫硫進行升級改造，采用新型半干法多級增濕超凈脫硫技術，有效延長漿滴處于高速離子反應的時間，提高了污染物脫除效率。系統污染物凈化效率高，脫硫效率在 95%以上，最高可達 98%;排煙溫度高（70～150℃），直接達到煙氣消白效果。并對現有布袋除塵器進行改造，在原有的除塵器殼體基礎上，進行殼體擴大（除塵器出口端面加長除塵器），增加新的濾袋，擴大除塵器的過濾面積，降低除塵器流速到0.7m/min，從而保證本項目的粉塵排放要求（10mg/Nm3）。

另外考慮到鍋爐出口煙氣溫度過高（160～180℃），為了降低后續半干法脫硫的噴水量，并充分利用余熱，在鍋爐出口增設低溫省煤器。

綜合考慮，新型半干法多級增濕超凈脫硫+低氮改造+SNCR脫硝工藝是適宜黃陵礦業煤矸石發電有限公司2×240t/h CFB爐的煙氣脫硫脫硝除塵超低改造技術。

四、工藝改造內容

某公司利用自主研發的半干法煙氣凈化試驗平臺，研究發現了多級增濕對吸收劑臨界水分及脫硫反應活性的調控機制和規律、吸收劑組分對多種污染物協同脫除的影響等，在國際上首次提出了多級增濕強化與多種污染物協同脫除相結合的新方法，發明了節水高效多種污染物協同脫除的半干法煙氣超凈新技術，可實現對煙氣中 SO2、NOx、HCl、重金屬和有機物等多種污染物的高效協同脫除。

本技術成果屬于能源與環保領域，是一項具有完全自主知識產權的半干法煙氣凈化新技術，可以應用于電廠燃煤鍋爐、垃圾焚燒鍋爐、工業鍋爐和燒結機等的煙氣凈化。主要技術特點及優勢如下：

· 系統采用多級增濕技術，在不增加水耗的前提下可有效延長漿滴處于高速離子反應的時間，充分利用了反應塔的有效高度， 提高了污染物脫除效率;

· 排煙溫度高（70～150℃），直接達到煙氣消白效果。

· 系統污染物凈化效率高，脫硫效率在 90%以上，可達 98%;

· 系統適用范圍廣，可實現對 SOx、NOx、HCl、HF、重金屬、二噁英類物質、煙塵等多種污染物的高效協同脫除;

· 系統對吸收劑適應性強;可采用廢堿液等作為吸收劑;

· 反應產物為干態，易處理，且無廢水排放;

· 系統采用清潔煙氣循環技術，能適應煙氣負荷在 40%～110%范圍變化，以保證煙氣波動時半干法煙氣凈化系統的穩定運行;

· 系統占地面積小，阻力小，自動化程度高，投資和運行費用低，

· 長期運行經濟性好;

· 系統簡單、美觀，運行環境干凈，對主體正常運行無不利影響。

MCFBA技術特點：

1）多級增濕

傳統半干法脫硫技術一般采用單級增濕，導致塔內液相離子反應時間短、有效吸收反應區高度利用不足、液固相混合不均造成局部過濕易引起粘壁。為此，ITPE提出了多級增濕優化調控塔內吸收劑濕度技術。采用多級增濕技術可以合理分配水分，把反應前期的一部分水放在后面的階段，使吸收劑在一定時間內的含濕量總是大于臨界含濕量，延了恒速干燥階段，有利于提高脫硫效率。同時，多級增濕還可以保持整個反應過程的水分均勻性，防止局部濕度過大引起的粘壁和堵塞現象。

2）高循環倍率

高循環倍率在塔內可形成密相顆粒反應床，強化了顆粒間的相互作用和傳質過程，不僅可以提高系統的脫硫效率，還可以大大提高吸收劑的利用率。MCFBA吸收塔出口煙氣送至除塵器系統除塵后排放，除塵器系統收集下來的粉塵中99%以上通過再循環灰系統送入吸收塔，因此吸收劑顆粒的循環次數甚至可超過100次。

3）良好的流場

對MCFBA來說，保持吸收塔內的良好流場，不僅可以防止局部磨損和結垢，同時還有利于提高塔內傳質與反應，因此非常重要。基于CFD技術，MCFBA工藝在塔底煙道變向部位處加設適當的導流板，在塔內設置構件強化內循環。

2.2吸收塔

煙氣在吸收塔內上升的過程中，不斷形成聚團物向下返回，而聚團物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，由于摩擦和碰撞作用，使固體顆粒表面生成物的固形物外殼被破壞，里面未反應的新鮮顆粒暴露出來繼續參加反應。反應后的含塵氣體由吸收塔頂部的煙氣出口排出，并進入吸收塔后的除塵器系統。經除塵器系統除下的固體顆粒物落入船形灰斗，其中大部分顆粒物回送入塔繼續參加反應，形成高濃度密相循環，強化了吸收塔內的氣固傳熱、傳質過程，反應效率、反應速度得到大幅度提高。通過循環回到吸收塔內的這些固體顆粒物中含有大量未反應完全的吸收劑，所以吸收塔內實際鈣硫比遠遠大于表觀鈣硫比。MCFBA技術采用了多級增濕技術，霧化增濕水分級進入吸收塔內，可以保持塔內濕度的均勻性。由于吸收塔內多級增濕和高密相反應區的配合，有效防止了塔的結垢和堵塞，同時還可增大煙氣與含濕吸收劑的接觸面積，并有效地將氣固反應轉化為離子反應，從而實現高污染物凈化效率。經過吸收塔和除塵器系統脫除掉大部分污染物的凈煙氣由二次引風機引入煙囪并排到大氣中。

五、結論

新型半干法多級增濕超凈脫硫技術工藝是在原有煙氣循環流化床半干法工藝技術基礎上，進一步進行創新應用。黃陵電廠采用的新型半干法多級增濕超凈脫硫技術工藝的優化應用，提高系統的脫硫率、可靠性等，既響應了國家環保政策，又降低了工程投資，為煙氣超低脫硫提供了借鑒。