煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)在3×220th煤粉爐上的應(yīng)用

摘 要：兗礦新疆煤化工有限公司的3×220t/h煤粉爐原采用氨法脫硫工藝，但氨法脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了同步運(yùn)行率低、二次細(xì)顆粒物污染嚴(yán)重等現(xiàn)象。因此，兗礦新疆煤化工有限公司決定重新選擇脫硫及其配套脫硝除塵工藝。經(jīng)過對(duì)比分析，重新選擇了創(chuàng)新的煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)。該技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行的一年半時(shí)間里，具有高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的超低排放能力，并且沒有廢水產(chǎn)生，煙囪無需防腐排放透明等特點(diǎn)。在當(dāng)今超低排放市場中具有較為顯著的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：煤粉爐；氨法；干式超凈；煙氣循環(huán)流化床法脫硫

1 背景

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的空氣質(zhì)量也逐漸備受關(guān)注。在短期內(nèi)，能源結(jié)構(gòu)（煤炭能源約占70%）不會(huì)發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。因此，燃煤煙氣污染仍然是大氣污染的主要來源。

眾所周知，人們對(duì)環(huán)保的日益關(guān)注以及國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，燃煤鍋爐污染減排的壓力也日益增加。為改進(jìn)和突破傳統(tǒng)的煙氣處理模式，進(jìn)一步降低單位發(fā)電量的污染物排放強(qiáng)度，全國各燃煤鍋爐積極采取新的煙氣凈化工藝，以滿足超低排放（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 毫克/立方米）的要求。

新超低排放標(biāo)準(zhǔn)的提高使得現(xiàn)役燃煤電站和燃煤自備電站中的大部分鍋爐皆需進(jìn)行脫硫脫硝除塵提效改造，因此針對(duì)于燃煤鍋爐的超低排放改造的市場極大。然而，由于受到場地、空間及工期等條件的限制，利用傳統(tǒng)的脫硫脫硝除塵技術(shù)手段進(jìn)行節(jié)能減排改造，存在一定的局限性，因此亟需高效、簡潔、適用的提效技術(shù)。在上述背景下，燃煤煙氣循環(huán)流化床干式超凈凈化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)具有高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的超低排放能力，并且沒有廢水產(chǎn)生，煙囪無需防腐排放透明等特點(diǎn)。該技術(shù)針對(duì)不同鍋爐采用合理的改造方案，可達(dá)到工期短、占地少、投資少等目的，符合新形勢的超低排放的排放要求[1，2]。

2 燃煤煙氣循環(huán)流化床干式超凈凈化技術(shù)原理簡介

燃煤煙氣循環(huán)流化床干式超凈凈化技術(shù)是在原德國魯奇（LLB）公司開發(fā)的煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。通過技術(shù)改造和創(chuàng)新，提高脫硫效率，并將低溫氧化協(xié)同脫硝技術(shù)（Circulating Oxidation and Absorption， COA）與流化床反應(yīng)器相結(jié)合。同時(shí)，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技術(shù)。

典型的煙氣循環(huán)流化床干式超凈凈化技術(shù)主要為干法脫硫技術(shù)，并根據(jù)循環(huán)流化床配套了脫硝和除塵技術(shù)等。具體指的是：將燃煤煙氣的治理以循環(huán)流化床凈化裝置為核心（見下圖1），在循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)，噴水增濕的煙氣與噴入的吸收劑（消石灰）強(qiáng)烈混合進(jìn)行反應(yīng)，脫除煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF和Hg等重金屬污染物，通過布袋除塵器對(duì)粉塵進(jìn)行脫硫。同時(shí)，有機(jī)結(jié)合SCR、SNCR等脫硝技術(shù)和自主研發(fā)的COA技術(shù)，實(shí)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(dá)到煙氣超低排放的技術(shù)。

3 3×220t/h煤粉爐爐后煙氣超低排放改造工藝比選

兗礦新疆煤化工有限公司（簡稱“兗礦新疆”）60萬噸醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目是兗礦集團(tuán)在新疆啟動(dòng)的第一個(gè)煤化工項(xiàng)目，位于烏魯木齊高新區(qū)甘泉堡工業(yè)園。兗礦新疆項(xiàng)目配套建設(shè)的3×220t/h煤粉爐，為達(dá)到當(dāng)時(shí)國家環(huán)保要求，在鍋爐尾部建設(shè)除塵、氨法脫硫和硫酸銨回收裝置，可利用醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目自給的10%氨水生成硫銨，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”的目的。

自2013年1月21日環(huán)保試車開始，該配套煙氣凈化系統(tǒng)就承擔(dān)起這3臺(tái)220t/h煤粉爐的環(huán)保重任。然而，在氨法脫硫?qū)O2具有較高脫硫效率的同時(shí)，也出現(xiàn)了一些較為棘手的問題。實(shí)際運(yùn)行中由于腐蝕、檢修等問題引起的資金投入日益增高。最為關(guān)鍵的是煙囪排放產(chǎn)生的大量二次細(xì)顆粒物拖尾現(xiàn)象始終無法得到解決和改善，無法通過環(huán)保部門的驗(yàn)收。導(dǎo)致正常的生產(chǎn)也時(shí)斷時(shí)續(xù)，給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也產(chǎn)生了一定的負(fù)面品牌影響。自治區(qū)環(huán)保部門要求兗礦新疆在2015年限期整改，兗礦新疆公司最終在社會(huì)輿論及環(huán)保部門的多重壓力下，決定重新選擇脫硫工藝[3]。并按照最新的燃煤鍋爐“超低排放”限值進(jìn)行要求和選擇。

3.1 脫硫超低排放改造工藝選擇的原則

目前國內(nèi)外脫硫（配套脫硝、除塵）方案很多，脫硫工藝的確定，配套的脫硝和除塵工藝也隨之確定。具體到本工程脫硫方案的確定一般應(yīng)遵循以下原則：

（1）煙氣脫硫脫硝除塵工程建設(shè)應(yīng)符合我國方針和政策，貫徹安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用并符合國情的原則。

（2）煙氣脫硫脫硝除塵工藝應(yīng)是技術(shù)成熟、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、有工業(yè)化業(yè)績的工藝系統(tǒng)。

（3）應(yīng)考慮節(jié)約用水。

（4）本項(xiàng)目二氧化硫排放執(zhí)行的排放限值為35mg/Nm3，設(shè)計(jì)脫硫效率需在98.4%左右，對(duì)脫硫效率有較高要求；應(yīng)考慮SO2濃度、SO2控制規(guī)劃、環(huán)境要求的脫硫效率。

（5）應(yīng)充分考慮脫硫劑供應(yīng)條件、脫硫副產(chǎn)品、脫硫灰、飛灰的綜合利用條件。

（6）應(yīng)充分考慮廢水、廢渣排放條件。

（7）應(yīng)充分考慮廠區(qū)總布置條件等因素。

（8）應(yīng)考慮生產(chǎn)過渡的方便，脫硫設(shè)施的建設(shè)盡量減少對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響。

目前，國內(nèi)傳統(tǒng)的脫硫超低排放改造以石灰石-石膏法脫硫?yàn)橹鳎菑慕鼉赡甑陌l(fā)展來看，國內(nèi)能夠滿足超低排放要求的創(chuàng)新脫硫工藝還有以下三種：氨法脫硫、海水法和煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫[4]。由于新疆地域的限制，以下討論僅對(duì)石灰石-石膏法脫硫、氨法脫硫和煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫進(jìn)行討論，以達(dá)到最終確定本次兗礦新疆3×220t/h煤粉爐的爐后煙氣治理的工藝。

3.2 脫硫工藝的比選

現(xiàn)行的氨法脫硫工藝雖在SO2的排放數(shù)據(jù)上是達(dá)標(biāo)的，但氨逃逸嚴(yán)重，且NOx排放超標(biāo)。氨法脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了同步運(yùn)行率低、穩(wěn)定性差等現(xiàn)象。并且氨逃逸造成亞硫酸氫銨和亞硫酸銨等氣溶膠顆粒，隨脫硫后煙氣排入到大氣環(huán)境中，成為大氣PM2.5氣溶膠的一個(gè)重要污染源。因此，在氨法脫硫運(yùn)行中出現(xiàn)的這些問題，都是本次超低排放改造需要考慮和解決的。

本次改造擬采用石灰石-石膏法脫硫、氨法脫硫、煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫三種脫硫工藝技術(shù)進(jìn)行比對(duì)，如表1。

首先，3×220t/h煤粉爐改造的初衷正是由于氨法脫硫未能對(duì)脫硫后的SO3、粉塵、氨逃逸和硫銨等帶來的二次細(xì)顆粒物進(jìn)行有效脫除，導(dǎo)致煙囪拖尾很長，被自治區(qū)環(huán)保部門要求限期整改。通過上述技術(shù)分析可以看出，在原有氨法脫硫的基礎(chǔ)上進(jìn)行超低排放改造，是最為簡單、投資最少的方案。但氨法脫硫即使脫硫尾部加裝濕式電除塵器，也未必能夠保證超低排放的運(yùn)行，仍然存在二次顆粒物的污染問題。因此，兗礦新疆決定對(duì)氨法脫硫裝置進(jìn)行推倒重來。

針對(duì)于石灰石-石膏法和煙氣循環(huán)流化床干法脫硫，二者皆可滿足SO2超低排放的要求。但是，首先為了避免因SO3、粉塵和石膏夾帶引起的二次細(xì)顆粒物污染，石灰石-石膏法脫硫之后還必須加裝濕式電除塵器，將導(dǎo)致投資成本增加。其次，石灰石-石膏法經(jīng)過脫硫之后的煙氣為飽和濕煙氣，其末端煙囪進(jìn)行內(nèi)襯防腐，也將導(dǎo)致投資成本增加。最后，石灰石-石膏法脫硫還必須每小時(shí)定量排放脫硫廢水，廢水零排放的投資成本和運(yùn)行成本也將隨之增加。相比較而言，煙氣循環(huán)流化床干法技術(shù)沒有廢水，且煙囪無需防腐，能夠滿足兗礦新疆3×220t/h煤粉鍋爐的超低排放要求。

綜上所述，突破傳統(tǒng)煙氣處理模式的，高效、簡潔、提效的煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)（含脫硫、脫硝和除塵）便成為本次超低排放的選擇工藝。

4 3×220t/h煤粉爐爐后煙氣超低排放改造工藝方案

4.1 煙氣參數(shù)（見表2）

4.2 工藝流程和布置情況

本3×220t/h煤粉爐爐后超低排放改造項(xiàng)目的工藝流程為：鍋爐（原有）→布袋除塵器（原有）→煙氣循環(huán)流化床吸收塔→高效布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪（原有）。流程圖如下圖2所示。

本3×220t/h煤粉爐爐后超低排放改造項(xiàng)目場地緊湊，1#煙氣循環(huán)流化床干式超凈裝置布置在1#原有布袋除塵器及綜合管架之間的空地上，2#、3#煙氣循環(huán)流化床干式超凈裝置布置在3#原有布袋除塵器的西側(cè)空地上。

煙氣循環(huán)流化床干式超凈裝置的主要構(gòu)筑物有電石渣倉、反應(yīng)塔、脫硫布袋除塵器、脫硫引風(fēng)機(jī)、灰?guī)斓龋摿蛞L(fēng)機(jī)布置在原有引風(fēng)機(jī)拆除的位置上。煙氣循環(huán)流化床干式超凈裝置是按工藝要求集中布置，各設(shè)備的平面和空間組合，既做到工作分區(qū)明確，又做到合理、緊湊、方便，外觀造型協(xié)調(diào)，整體性好，并與廠內(nèi)其他建筑群體相協(xié)調(diào)，同時(shí)最大限度地節(jié)省用地。電石渣倉就近靠近循環(huán)流化床吸收塔布置，這種布置一是便于電石渣粉的裝卸；二是吸收劑的輸送距離短。整個(gè)煙氣循環(huán)流化床干式超凈裝置道路通暢，并設(shè)有消防通道和設(shè)備檢修通道，預(yù)留有足夠的檢修場地。

4.3 脫硫劑

本項(xiàng)目煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)中的脫硫工藝采用電石渣作脫硫劑，做到了“以廢治廢”的效果，電石渣的主要成分為Ca（OH）2，使得吸收劑成本大大降低。電石渣來源于公司附近的中泰化學(xué)產(chǎn)生的濕廢電石渣，通過萊蒙鈣業(yè)配套的烘干、研磨裝置，降低電石渣的濕度及粒徑。電石渣干粉滿足煙氣循環(huán)流化床干式超凈技術(shù)中脫硫要求，具體規(guī)格要求如下：

5 超低排放改造后的運(yùn)行效果討論

5.1 改造前后的運(yùn)行成本對(duì)比

兗礦新疆3×220t/h煤粉爐爐后超低排放改造項(xiàng)目完畢運(yùn)行已有一年半的時(shí)間了，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好。以下僅從運(yùn)行成本進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)超低排放改造前氨法脫硫和改造后煙氣循環(huán)流化床干法脫硫工藝的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比。

從表4可以看出，在運(yùn)行成本上，改造前后的吸收劑的運(yùn)行費(fèi)用相差不大，但氨法脫硫用電費(fèi)用相對(duì)較高。另外，氨法脫硫后的間歇性排放脫硫廢水難以處理，而改造后的煙氣循環(huán)流化床干法解決了這一問題。

5.2 改造后運(yùn)行情況

兗礦新疆煤化工3×220t/h煤粉爐配套煙氣循環(huán)流化床干式超凈項(xiàng)目，3套裝置陸續(xù)于2015年11月開始進(jìn)入試運(yùn)行。從運(yùn)行過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，鍋爐煙氣經(jīng)過煙氣凈化裝置后，SO2濃度低于35mg/Nm3（最低小于5mg/Nm3）；同時(shí)粉塵排放低于5mg/Nm3（最低小于3mg/Nm3），各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值。由于COA脫硝的存在，出口NOx濃度運(yùn)行也可低于50mg/Nm3，運(yùn)行畫面見下圖3。

同時(shí)，2015年12月通過自治區(qū)環(huán)保廳現(xiàn)場環(huán)保檢測評(píng)估，2016年1月6日，環(huán)評(píng)報(bào)告批復(fù)，是新疆第一家通過環(huán)保竣工驗(yàn)收的煤化工項(xiàng)目。2016年獲得政府扶持專項(xiàng)資金逾千萬元。

6 結(jié)束語

對(duì)于現(xiàn)有的燃煤煙氣超低排放提效改造的技術(shù)而言，兗礦新疆3×220t/h煤粉爐重新選擇了創(chuàng)新的煙氣循環(huán)流化床干式超凈凈化技術(shù)，進(jìn)行燃煤煙氣的提效改造，實(shí)現(xiàn)了超低排放的要求。

燃煤煙氣循環(huán)流化床干式超凈凈化技術(shù)具有高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的超低排放能力，并且沒有廢水產(chǎn)生，煙囪無需防腐排放透明等特點(diǎn)。同時(shí)，可達(dá)到工期短、占地少、投資少等目的，符合新形勢的超低排放的排放要求。是一種集“提效、減排、節(jié)能、節(jié)水”于一體的減排節(jié)能實(shí)用技術(shù)，具有較為顯著的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]王建春.燃煤煙氣循環(huán)流化床干式“超凈+”凈化工藝及應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2016，35（15）：161-163.

[2]謝慶亮.低低溫電除塵技術(shù)在600MW火電機(jī)組上的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015，11：64-66.

[3]秦勝，孫清濤，高吉文，等.3×220t/h煤粉爐煙氣干式超凈脫硫除塵改造實(shí)踐[J].能源環(huán)境保護(hù)，2016，30（4）：20-22.

[4]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于發(fā)布《火電廠污染防治技術(shù)政策》的公告[EB/OL].http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201701/t2017

0117_394809.htm，2017，01，11.

作者簡介：吳孝敏（1986-），男，漢族，福建省南平市，中級(jí)工程師，博士研究生，研究方向：大氣污染治理。