循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造分析及應(yīng)用

王剛，林歡

（永清環(huán)保股份有限公司，長(zhǎng)沙 410330）

循環(huán)流化床鍋爐因具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在清潔煤技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1，2]。部分循環(huán)流化床鍋爐燃料煤矸石占比較大，煙氣中SO2含量高。隨著環(huán)保政策的不斷升級(jí)，原有的循環(huán)流化床鍋爐排放的污染物無(wú)法滿足新的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。文章以某2×130t/h 循環(huán)流化床鍋爐脫硫脫硝除塵一體化改造為例，深入分析了循環(huán)流化床鍋爐超低排放技術(shù)，為超低排放改造提供了參考。

1 工程概況

某2×130t/h 循環(huán)流化床鍋爐，2014 年進(jìn)行了脫硫脫硝節(jié)能減排改造，采用“鍋爐爐膛SNCR 脫硝+布袋除塵器+雙堿法脫硫+煙囪”的工藝路線，但無(wú)法滿足最新超低排放標(biāo)準(zhǔn)（NOx、SO2、顆粒物出口濃度分別低于50mg/m3、35mg/m3、10mg/m3），需進(jìn)行超低排放一體化改造。改造前污染物參數(shù)及改造后污染物排放標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。

鍋爐煙氣及污染物參數(shù)

2 脫硝改造

2.1 技術(shù)分析

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)不需要使用催化劑，通過(guò)氨水或尿素等還原劑可將NOx還原為水和氮?dú)?，適合的溫度為800℃—1150℃。作為SNCR 脫硝還原劑的氨需在適宜的溫度區(qū)間內(nèi)加入，如果溫度過(guò)高，氨易被氧氣直接氧化，降低還原劑的利用率；如果溫度過(guò)低，反應(yīng)速度慢，氨的反應(yīng)不充分，會(huì)產(chǎn)生氨逃逸堵塞空氣預(yù)熱器，也會(huì)加劇設(shè)備的腐蝕[3，4]。影響SNCR 脫硝技術(shù)效率的主要因素還有反應(yīng)物在反應(yīng)容器中的停留時(shí)間、煙氣與還原劑的混合程度、NH3/NOx摩爾比。SNCR 脫硝設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低，不需要使用催化劑，但缺點(diǎn)是還原劑消耗高，脫硝效率低，僅為20%—40%。

選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)是指在催化劑和氧氣的條件下，通過(guò)NH3、CO 等還原劑將NOx還原為水和氮?dú)?，適合溫度為300℃—420℃。SCR 脫硝技術(shù)的脫硝效率可達(dá)80%—90%，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但缺點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用高，催化劑容易堵塞及磨損、腐蝕設(shè)備。

2.2 SNCR+SCR 脫硝改造

本項(xiàng)目脫硝改造利用原有SNCR 脫硝系統(tǒng)，增加了SCR 脫硝部分。新增SCR 脫硝裝置將脫硝催化劑布置于上級(jí)省煤器和下級(jí)省煤器之間，實(shí)現(xiàn)SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝（見(jiàn)圖1）。SNCR+SCR 脫硝改造結(jié)合了兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，既能降低投資，節(jié)省空間，又能實(shí)現(xiàn)超低排放。爐膛高溫位置的SNCR 裝置噴射還原劑，使NOx的脫除效率達(dá)到30%—40%。在鍋爐的尾端高溫段加裝SCR 裝置，實(shí)現(xiàn)高溫SCR 脫硝，脫硝效率達(dá)到40%—50%。SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝可實(shí)現(xiàn)約70%的脫硝效果，出口NOx濃度≤50mg/Nm3。

圖1 SCR 脫硝裝置布置圖

3 脫硫改造

3.1 技術(shù)分析

本工程的鍋爐燃料含有一定比例的煤矸石，電廠采購(gòu)的煤矸石含硫量較高，導(dǎo)致鍋爐排放煙氣中SO2濃度高，原有工藝無(wú)法滿足排放要求。對(duì)于煙氣中SO2含量高的工程，一般可采用雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)來(lái)提高脫硫效率和石膏轉(zhuǎn)化率[5]。雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)有單塔雙循環(huán)脫硫和雙塔雙循環(huán)脫硫。

單塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)是指煙氣在一個(gè)吸收塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)2 次脫硫。吸收塔分為上下兩級(jí)循環(huán)區(qū)。下部的一級(jí)循環(huán)區(qū)主要是起到預(yù)吸收和提高石膏品質(zhì)的作用。一級(jí)循環(huán)區(qū)pH 值為4.6—5.3，脫硫效率為35%—36%。上部的二級(jí)循環(huán)區(qū)漿液pH 值為5.8—6.4，高pH 值能提高脫硫效率，同時(shí)降低系統(tǒng)液氣比和能耗。一級(jí)和二級(jí)循環(huán)區(qū)綜合脫硫效率可達(dá)99%以上。單塔雙循環(huán)系統(tǒng)占地小，適合空間有限的項(xiàng)目改造。

雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)是指煙氣通過(guò)一個(gè)吸收塔后，再進(jìn)入第二個(gè)吸收塔。兩個(gè)吸收塔是串聯(lián)的關(guān)系。煙氣通過(guò)第一個(gè)吸收塔后，可以實(shí)現(xiàn)約50%的脫硫效率。煙氣通過(guò)第二個(gè)吸收塔后，可實(shí)現(xiàn)99.3%以上的脫硫效率。根據(jù)本工程現(xiàn)場(chǎng)條件，可利舊設(shè)備情況、操作難度和運(yùn)行靈活度，最終確定采用雙塔雙循環(huán)工藝。

3.2 雙塔雙循環(huán)脫硫改造

本項(xiàng)目?jī)膳_(tái)機(jī)組共用一套脫硫系統(tǒng)，利用原有雙堿法脫硫塔的一級(jí)塔作為新脫硫系統(tǒng)的一級(jí)塔，改造塔內(nèi)噴淋裝置，設(shè)置2 層噴淋層（噴淋覆蓋率250%），塔外部增加檢修通道。因原有吸收塔無(wú)漿池，故本次新增吸收塔塔外漿池及攪拌器。原雙堿法二級(jí)塔不能滿足本次改造要求，故將原二級(jí)塔隔離后改造為事故漿液箱使用。

在一級(jí)塔旁邊的空?qǐng)龅匦陆ǘ?jí)塔，雙循環(huán)脫硫布置如圖2 所示。二級(jí)塔主要設(shè)計(jì)原則如下：

圖2 雙塔雙循環(huán)脫硫裝置布置

（1）二級(jí)塔塔內(nèi)漿池停留時(shí)間按4min 設(shè)計(jì)。

（2）為提高系統(tǒng)脫硫和除塵效率，在吸收塔入口上方和最下層噴淋層之間設(shè)置一層篩板式托盤，托盤材質(zhì)為2205 不銹鋼。

（3）二級(jí)塔設(shè)置6 臺(tái)漿液循環(huán)泵，塔內(nèi)設(shè)置6 層噴淋層，單層噴淋覆蓋率不低于300%。采用高效噴嘴，噴淋層噴嘴根據(jù)不同層高和位置進(jìn)行差異化布置，提高脫硫和除塵效率。

（4）噴淋層上方安裝高效除霧器，高效除霧器除滿足除霧要求外，對(duì)系統(tǒng)除塵效果有一定提升作用。

（5）吸收塔氧化空氣采用管網(wǎng)式注入方式，管網(wǎng)材質(zhì)為2205 不銹鋼。

（6）通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，利用流場(chǎng)分析軟件，優(yōu)化煙道布置并指導(dǎo)噴淋層布置。

（7）二級(jí)塔采用塔頂煙囪。

4 除塵協(xié)同除霧改造

4.1 技術(shù)分析

超低排放除塵協(xié)同除霧技術(shù)主要有濕式除塵器、脫硫除塵一體化技術(shù)等。

濕式靜電除塵器是通過(guò)高壓電離使粉塵帶電，通過(guò)陽(yáng)極板和陰極線收集粉塵。濕式靜電除塵器主要有不銹鋼材質(zhì)的板臥式濕電除塵器和管立式濕電除塵器。板臥式濕電除塵器占地面積大、投資高，適合新建的大型工程。管立式濕電除塵器結(jié)構(gòu)緊湊，可獨(dú)立安裝，也可加裝在吸收塔上，但對(duì)吸收塔承重有一定要求。濕電除塵器除塵效率高，二次污染小。

脫硫除塵一體化技術(shù)利用吸收塔噴淋層、噴淋層下方的一層托盤以及在吸收塔頂上加裝高效除霧器實(shí)現(xiàn)脫硫和除塵的目的。高效除霧器除了能降低濕法脫硫后煙氣的含水量外，還能協(xié)同去除煙氣中部分顆粒物和粉塵。根據(jù)除霧器的布置形式，可分為屋脊式除霧器（可選配一級(jí)管式）、平板式除霧器、管束式除霧器[6]。平板式除霧器投資少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，但當(dāng)出現(xiàn)液膜溢流時(shí)，會(huì)大大降低除霧器效率，不能滿足超低排放要求。三級(jí)屋脊式除霧器或管束式除霧器在超低排放項(xiàng)目中應(yīng)用較多，具有沖洗效果好、安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，但造價(jià)比平板式除霧器高。

4.2 除塵協(xié)同除霧改造

本項(xiàng)目綜合考慮煙氣含塵量、指標(biāo)要求及系統(tǒng)阻力后，確定在二級(jí)吸收塔的出口段設(shè)置高效除霧器（采用一級(jí)管式+三級(jí)屋脊式除霧器）（見(jiàn)圖3）。噴淋層產(chǎn)生的大霧滴中85%的粒徑達(dá)到500mm 以上，管式除霧器安裝在第一級(jí)，主要對(duì)大霧滴進(jìn)行攔截，同時(shí)可以大幅降低除霧器的液氣比，具有良好的煙氣均布作用。第二級(jí)采用三級(jí)屋脊除霧器，其具有流線型葉片且?guī)с^設(shè)計(jì)，極限霧滴可達(dá)18μm，滿足除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量低于20mg/Nm3、煙塵濃度低于5mg/Nm3的要求。

圖3 三級(jí)管式+三級(jí)屋脊式除霧器

5 運(yùn)行情況

改造后的工藝路線見(jiàn)圖4。

圖4 改造后的工藝路線

采用SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝可保證煙氣出口NOx濃度≤50mg/Nm3。采用“布袋除塵器+濕法脫硫（含一層托盤）+高效除霧器”聯(lián)合脫硫除塵除霧可保證煙氣出口SO2濃度≤35mg/Nm3、粉塵濃度≤5mg/Nm3，除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量小于20%。改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，滿足超低排放要求。