燃煤煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”凈化工藝及其應用

摘 要：文章介紹了燃煤煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”技術的創(chuàng)新及應用，詳細闡述了干式“超凈+”技術的原理、流程及其特點。并以廣石化的CFB鍋爐爐后煙氣治理項目為依托，說明了循環(huán)流化床干式“超凈+”技術具有高效經(jīng)濟地實現(xiàn)脫硫、脫硝、除塵及多污染物協(xié)同治理等效果，可以實現(xiàn)燃煤煙氣“50355+530”（NOX濃度不高于50 mg/Nm3、SO2濃度不高于35 mg/Nm3、粉塵濃度不高于5 mg/Nm3，同時Hg濃度不高于3 μg/Nm3、SO3（硫酸霧）濃度不高于5 mg/Nm3，無廢水產(chǎn)生）的排放指標。該技術為燃煤煙氣超低排放的工藝路線提供了一個嶄新的思路，具有良好的應用前景。

關鍵詞：干式超凈+；脫硫脫硝；循環(huán)流化床；多污染物協(xié)同脫除

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）15-0161-03

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源的開發(fā)利用引發(fā)了嚴重的大氣污染。依據(jù)我國資源構成的特點，以燃煤發(fā)電為主的能源結構長期很難改變[1]。燃煤煙氣污染控制已成為了當前乃至今后的幾十年中我國環(huán)保領域重大的科學、技術和工程問題。

循環(huán)流化床干法工藝是國內(nèi)外研究最多、應用最廣的一種干法煙氣凈化工藝。該工藝具備實現(xiàn)一套系統(tǒng)完成SO2、NOX、Hg、SO3、HCl、HF和粉塵等多種污染物的同時治理的能力。在此基礎上開發(fā)高效的干式超凈技術，可以最大限度減少設備的投資成本、運行維護費用和占地面積具有重要意義。

1 循環(huán)流化床干式“超凈+”凈化工藝

煙氣循環(huán)流化床凈化工藝起源于德國魯奇。2001年后，福建龍凈環(huán)保股份有限公司（簡稱“龍凈”）在引進原德國魯奇公司的CFB脫硫技術基礎上，解決了易結垢、堵塞、甚至塌床等問題，并成功地讓循環(huán)流化床反應器能夠適應鍋爐不同負荷變化，使得煙氣循環(huán)流化床凈化工藝得到了長足的進步和發(fā)展[2，3]。

隨著我國燃煤煙氣的超低排放升級改造治理的推進，龍凈通過深度改造和創(chuàng)新，進一步提高了煙氣循環(huán)流化床干法工藝的脫硫率，并將低溫氧化協(xié)同脫硝技術與流化床反應器相結合[4，5]。同時，開發(fā)超低排放的特種布袋除塵器，形成了燃煤煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”凈化工藝技術，高效經(jīng)濟地實現(xiàn)了燃煤煙氣脫硫、脫硝、除塵及多污染物協(xié)同凈化目標。

1.1 凈化流程

典型的煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”凈化技術主要包括脫硫、脫硝、除塵及多污染物協(xié)同治理等，具體指的是：將燃煤煙氣的治理以循環(huán)流化床凈化技術為核心，如圖1所示，在循環(huán)流化床反應器（吸收塔）內(nèi)，噴水增濕的煙氣與噴入的吸收劑（消石灰）強烈混合進行反應，脫除煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF和二噁英等氣態(tài)污染物，以及對粉塵、Hg等重金屬污染物的協(xié)同脫除。同時，有機結合SCR、SNCR等脫硝技術和自主研發(fā)的低溫氧化協(xié)同脫硝技術，實現(xiàn)脫硫脫硝除塵一體化及多污染物協(xié)同綜合治理，并最終達到煙氣超凈排放的工藝技術。

1.2 工藝原理

循環(huán)流化床凈化吸收塔內(nèi)進行的化學反應是非常復雜的。煙氣中大量的SO2和少量的SO3、HCl、HF及二噁英等污染物與Ca（OH）2反應生成亞硫酸鈣和硫酸鈣，以及其他相應的副產(chǎn)物。

其中，煙氣中的NOx（一般以NO形式存在）污染物被脫除的過程如下：

2NO+NaClO2 =2NO2+NaCl氧化過程

2Ca（OH）2+4NO2=Ca（NO3）2+Ca（NO2）2+2H2O吸收過程

1.3 循環(huán)流化床干式“超凈+”凈化工藝的技術特點

循環(huán)流化床干式“超凈+”工藝技術繼承了原有的循環(huán)流化床干法凈化工藝的占地小、凈化效率高、煙囪無需防腐、煙囪排煙透明等優(yōu)點外，還具有以下創(chuàng)新的技術特點：

①煙氣排放指標媲美甚至優(yōu)于燃氣輪機的標準。循環(huán)流化床干式“超凈+”技術可實現(xiàn)裝置出口煙氣“50355+530”的“超凈+”排放指標（即：NOX濃度≤50 mg/Nm3、SO2濃度≤35 mg/Nm3、粉塵濃度≤5 mg/Nm3，同時Hg濃度≤3 μg/Nm3、SO3（硫酸霧）濃度≤5 mg/Nm3，無廢水產(chǎn)生）。以較低的投資和運行成本，實現(xiàn)技術經(jīng)濟性佳的多種污染物協(xié)同脫除。

②優(yōu)化的工藝水系統(tǒng)和吸收塔結構，優(yōu)良的塔內(nèi)傳質(zhì)傳熱過程提高了SO2的脫除效率，實現(xiàn)SO2的經(jīng)濟性超低排放。

③創(chuàng)新的協(xié)同低溫脫硝工藝，助力NOx實現(xiàn)超凈排放，并進一步促進脫硫效率的提升。協(xié)同低溫脫硝工藝的單獨脫硝效率可達60%以上。同時，還能提高脫硫效率，更為經(jīng)濟高效地實現(xiàn)SO2的超凈排放。

④“流化床造粒+超濾布袋除塵”的組合，更為有效地脫除PM2.5細顆粒物，實現(xiàn)粉塵的超低排放。

⑤多污染物高效協(xié)同凈化。可同步高效脫除SO3、HCl、HF等酸性氣體（脫除率可達98%以上），以及脫除鉛、砷、汞等重金屬污染物（綜合脫除率在95%以上）。

2 工程實例

中國石化廣州分公司（簡稱“廣石化”）是中國石化集團所屬特大型石化聯(lián)合企業(yè)，采用高硫燃料（硫分含量高，6.0%～6.7%之間）的1#、2#循環(huán)流化床鍋爐（2×420 t/h）分別建成投產(chǎn)于2007年12月及2009年4月。

廣石化1#、2#循環(huán)流化床鍋爐（2×420 t/h）的煙氣超低排放改造項目是國內(nèi)第一臺投運的CFB鍋爐配套煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”工藝，該工程于2014年初開始實施， 2014年6月一次性順利成功投運。

2.1 設計參數(shù)

2.1.1 燃料成分

廣石化2×420 t/h燃燒高硫燃料CFB鍋爐的主燃料為廣石化煉油廠的高硫石油焦，其成分分析，見表1，硫含量非常高，在6.0%～6.7 %之間。

2.1.2 煙氣參數(shù)

廣州石化2×420 t/h燃燒高硫燃料CFB爐空預器出口煙氣參數(shù)，見表2，爐內(nèi)脫硫效率為92 %，Ca/S為2.35。出口設計值按“50355+530”進行設計。

2.2 運行情況

2.2.1 NOx“超潔凈排放”控制

廣州石化2×420 t/h CFB爐由于燃燒高硫的石油焦和煤混合，鍋爐排放NOx濃度波動較大，低負荷運行時，濃度在150～250 mg/Nm3范圍之內(nèi)，滿負荷時，濃度高至350 mg/Nm3。

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(xiàn)NOx低于50 mg/Nm3的超低排放。鍋爐初始NOx濃度為200 mg/Nm3時，如圖2所示。利用SNCR脫硝裝置可將鍋爐出口NOx的濃度降到35.7 mg/Nm3，經(jīng)過循環(huán)流化床干式“超凈+”裝置后，NOx濃度進一步降至27.76 mg/Nm3。

當NOx初始濃度較高時，為了實現(xiàn)NOx的超低排放，在SNCR投運基礎上，再投運協(xié)同低溫脫硝系統(tǒng)，可將NOx排放濃度穩(wěn)定控制在50 mg/Nm3以下。如圖3所示，鍋爐初始NOx濃度為320 mg/Nm3時，SNCR投運后進入到吸收塔入口的NOx濃度為72.8 mg/Nm3，利用低溫協(xié)同脫硝裝置可控制循環(huán)流化床干式“超凈+”裝置最終出口NOx的排放濃度達到20.0 mg/Nm3，其中低溫協(xié)同脫硝效率達73 %。

2.2.2 SO2“超潔凈排放”控制

通過CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫的有效控制后，吸收塔入口SO2濃度為800～1 500 mg/Nm3。為實現(xiàn)SO2“超低排放”要求，通過進一步優(yōu)化運行工況，對運行溫度、床層壓降等參數(shù)進行精準控制，通過噴入系統(tǒng)中工藝水量的調(diào)節(jié)適當降低運行溫度，同時提高床層壓降，可保證SO2的排放濃度穩(wěn)定在35 mg/Nm3以下。廣石化CFB爐循環(huán)流化床干式“超凈+”裝置出入口持續(xù)運行的SO2曲線，如圖4所示。

2.2.3 粉塵和其他污染物的“超凈+”控制

通過吸收塔內(nèi)激烈的顆粒湍動和凝并作用，以及布袋除塵器的過濾作用，充分保證了煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”裝置出口的煙塵濃度穩(wěn)定小于5 mg/Nm3的“超低排放”。

另外，廣石化項目硫酸霧（SO3）的脫除效率高達99%，出口濃度為3.4 mg/m3；在不添加任何吸附劑的前提下，總Hg脫除率達87.7%，出口濃度為0.824 μg/m3，遠低于《火電廠大氣污染物排放標準 GB13223-2011》中的排放要求。

3 展 望

燃煤煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”技術，可實現(xiàn)脫硫、脫硝、除塵及多污染物協(xié)同凈化的功效，該技術具有高效、協(xié)同、經(jīng)濟、穩(wěn)定的“超凈+”排放等特點，而且沒有廢水產(chǎn)生、煙囪無需防腐、排煙透明無視覺污染，真正實現(xiàn)技術經(jīng)濟性好的燃煤煙氣的超低排放要求，具有極為廣闊的應用前景。

參考文獻：

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