燃煤電廠超低排放設計與研究

胡盈彬

摘 要：本文主要針對煙氣循環流化床技術以消石灰粉為脫硫劑的研究，利用在脫硫塔內，煙氣中的酸性氣體與加入的消石灰、循環灰中的消石灰成分發生反應，做了工藝用水降溫，從而脫除SO2和SO3氣體，排煙無需再加熱，整個系統無需采取防腐措施。首先為了使脫硫塔在低負荷運行時保持最佳工作狀態，其次設置了潔凈煙氣再循環系統，以保證煙氣流量的穩定性。最后在CFB鍋爐中，爐膛出口至分離器出口煙氣基本上處于850-950的恒溫狀況，停留時間較長，一般為2-3秒，這為SNCR的實現提供了良好的環境。在此區域內，煙氣與循環物料充分混合，且燃煤循環流化床鍋爐中燃料灰富含鐵、鎳、鋁等金屬化合物的多孔介質，這些金屬化合物對于氨還原NOX具有顯著的催化作用，多孔介質為還原反應提供了活性位。

關鍵詞：脫硫塔;消石灰;循環系統

引言

這些先進的反應條件，使得SNCR效率提高。低低溫技術是通過在電除塵器前加裝煙氣換熱裝置，使煙氣溫度降到接近露點溫度或以下，改善粉塵的荷電特性，提高揚塵效率。高效電源技術是提高電廠有效輸入功率，從而提高電除塵器的電暈功率，從而提高除塵效率，降低煙塵排放濃度。協同脫硝系統循環流化床脫硝+SNCR脫硝，當NOx入口濃度過大時，可采用SCR脫硝技術。采用SCR技術時，會發生氨逃逸，產生硫酸氫銨，腐蝕空預器，不易于脫硫。SO3在煙氣冷卻器煙氣降溫過程中凝結，并被煙塵充分吸附和中和。

1、問題分析

SNCR工藝需要先將還原劑溶解稀釋。噴槍霧化采用氣力霧化，霧化介質采用壓縮空氣，霧化介質的作用是加強還原劑與爐內煙氣混合，保證脫硝效果，提高還原劑利用率，減少尾部氨殘留。所用煤種為高灰分煤（A>15%），故不能采用袋式除塵器。由于電除塵之后還有煙氣脫硫裝置。因此，除塵設備的出口煙氣含塵量并不是最終排放的含塵量，不用過高的除塵效率。低低溫技術是通過在電除塵器前加裝煙氣換熱裝置，使煙氣溫度降到接近露點溫度或以下，改善粉塵的荷電特性，提高揚塵效率。高效電源技術是提高電廠有效輸入功率，從而提高電除塵器的電暈功率，從而提高除塵效率，降低煙塵排放濃度。

2、模型的建立

機組超低排放所用技術路線為：爐內流化床燃燒脫硫-SNCR+SCR混合技術協同脫硝-高效低低溫電除塵器-濕法脫硫-濕式電除塵。

煙氣工藝流程：鍋爐→SNCR+SCR脫硝→煙氣冷卻器→高效低低溫電除塵器→濕法脫硫→濕式電除塵→煙氣再熱器→煙囪。

煙氣循環流化床技術以消石灰粉為脫硫劑，在脫硫塔內，煙氣中的酸性氣體與加入的消石灰、循環灰中的消石灰成分發生反應，工藝水用于降溫，從而脫除SO2和SO3氣體，排煙無需再加熱，整個系統無需采取防腐措施。同時為了使脫硫塔在低負荷運行時保持最佳工作狀態，設置了潔凈煙氣再循環系統，以保證煙氣流量的穩定性。爐中加入固體吸收劑或催化劑，與煙氣中的SO2和NO2發生反應，然后在再生器中將S或N從吸收劑中釋放出來。吸收劑可以重復循環使用，回收的硫進一步處理得到元素硫或硫酸等副產物，氮組分通過噴射氨或再循環至鍋爐中分解為氨氣和水。查閱資料可知該機組一年運行時間約為5500小時，每小時發電量為10×105kW?h，煤耗率為280g/（kW?h），故每小時煤耗量為3.57kg。每小時排煙量為1874288m3/h，鍋爐效率為93%。煙氣循環流化床同時脫硫脫硝技術是在煙氣循環流化床脫硫技術的基礎上，增加低溫氧化脫硝工藝，一般采用的氧化劑有雙氧水、亞氯酸鈉等，在吸收塔內將難以與消石灰反應的NO氧化成容易反應的NO2，從而達到脫硝的目的。

現有的流化床脫硫脫硝技術研究中，探討了影響高活性吸收劑脫除效率的各項影響因素，確定了工況條件。當（Ca/S+N）為1.1時，SO2脫除效率達92.3%，NOx脫除效率達60.8%。

在流化床中加入消石灰，與SO3反應生成CaSO4，以達到脫硫的目的。爐內固體顆粒處于流態狀態下具有諸如氣固和固固充分混合等一系列特殊氣固流動，熱量、質量傳遞和化學反應特性，使流化床燃燒易于實現爐內高效脫硫且出口NOx排放量低。SNCR脫硝工藝以爐膛為反應器，通過氨水還原劑迅速熱分解出NH3并與煙氣中的NOX反應生成N2和H2O，實現NOX的脫除。可運用計算流體力學（CFD）和化學動力模型（CKM）為還原劑噴射點的選取提供支持。還原劑噴射位置一般位于分離器進口至出口。

3、模型的求解

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50mg/m3的“超潔凈排放”，則不投入使用SCR。若NOX的初始濃度較高時，為了實現NOX“超潔凈排放”，將SNCR與SCR聯合使用。在CFB鍋爐中，爐膛出口至分離器出口煙氣基本上處于850-950的恒溫狀況，停留時間較長，一般為2-3秒，這為SNCR的實現提供了良好的環境。在此區域內，煙氣與循環物料充分混合，且燃煤循環流化床鍋爐中燃料灰富含鐵、鎳、鋁等金屬化合物的多孔介質，這些金屬化合物對于氨還原NOX具有顯著的催化作用，多孔介質為還原反應提供了活性位。這些先進的反應條件，使得SNCR效率提高。

脫硫劑為石灰粉與水配置的懸浮漿液。在吸收塔內煙氣的SO2余石灰漿液反應后生成亞硫酸鈣，并就地強制氧化為石膏。經石膏派出泵送至石膏旋流器，石膏旋流器濃縮后的底流進入真空皮帶脫水機脫水后成石膏。旋流器頂流進入濾液池返回吸收塔。

石灰石濕法脫硫工藝自動化程度高和脫硫效率比較高，工藝成熟、運行穩定，可以有效降低作業人員的勞動強度，提高工作效率。濕式電除塵作為顆粒物控制的終端技術，能夠有效去除PM2.5、SO3酸霧、重金屬汞、石膏等多種污染物。不受粉塵比電阻影響，可捕集濕法脫硫產生的衍生物，消除石膏雨。

結論

循環流化床脫硝+SNCR脫硝，當NOx入口濃度過大時，可采用SCR脫硝技術。采用SCR技術時，會發生氨逃逸，產生硫酸氫銨，腐蝕空預器，不易于脫硫。SO3在煙氣冷卻器煙氣降溫過程中凝結，并被煙塵充分吸附和中和。低低溫高效電除塵器中，SO3可被吸附在煙塵表面，被除塵器除去。濕法脫硫可有效控制SO3，去除效率大于87%。煙氣冷卻器可降低除塵裝置入口煙溫，使煙氣體積流量、煙速和飛灰比電阻降低，有利于除塵。濕法脫硫可降低吸收塔出口的野地攜帶量，提高濕法脫硫裝置的除塵效率;優化的除霧器和噴淋層設計可達到較高的除塵效率。

參考文獻

[1] 周忠亮.煙氣循環流化床同時脫硫脫硝運行分析和數值模擬[D].浙江理工大學，2019.

[2] 趙毅，馬雙忱，黃建軍等.煙氣循環流化床同時脫硫脫氮試驗研究[J].中國電機工程學報.2005，25（2）：121-124.