新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

郭志航

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 廈門 361009）

1 前言

隨著火電裝機(jī)容量的快速增長，燃煤產(chǎn)生的煙氣污染，已成為霧霾的主要污染源之一。為促進(jìn)霧霾問題的快速解決，2015年底，國務(wù)院決定對燃煤電廠全面實施超低排放與節(jié)能改造[1]。隨后，發(fā)展和改革委員會、國家能源局和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布了《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，方案要求全國所有具備改造條件的燃煤電廠，需在2020年前，爭取實現(xiàn)超低排放（即煙塵、SO2和NOx的排放濃度分別不高于10、35和50mg /Nm3）[2]。

自“超低排放”要求提出以來，以傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法脫硫為核心的燃煤煙氣治理技術(shù)路線得到廣泛應(yīng)用，例如：浙能六橫電廠、浙能嘉興電廠、國電泰州電廠、浙能臺二電廠、大唐黃島電廠、國電滎陽電廠等百萬千瓦和60萬千瓦等級機(jī)組。

近兩年，國家及一些地方政府對燃煤煙氣治理提出了更高的要求，如“消除白煙、藍(lán)煙等有色煙羽”“治理煙囪雨”[3]“硫酸霧減排”[4]“廢水零排放”等。一系列更嚴(yán)格的環(huán)保要求，使傳統(tǒng)的濕法脫硫技術(shù)局限日益突出，濕式電除塵、廢水零排放處理系統(tǒng)、煙氣換熱器（GGH）等技術(shù)裝置逐漸成為燃煤機(jī)組的標(biāo)配，由此而大幅提高的投資和運行成本，對機(jī)組利用小時數(shù)本已偏低的燃煤機(jī)組帶來了極大的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。

2 新型燃煤煙氣干式超凈工藝的開發(fā)

針對我國的能源結(jié)構(gòu)、大氣污染現(xiàn)狀及“超低排放”的最新環(huán)保政策，以中石化廣州分公司熱電站項目為依托工程，成功研發(fā)DSC-M新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)及裝置。工藝流程如圖1、圖2所示。燃煤煙氣經(jīng)過選擇性非催化還原（SNCR）或選擇性催化還原（SCR）脫硝治理后，進(jìn)入循環(huán)流化床形式的兩段式吸收塔內(nèi)，同步脫除煙塵、SO2、硫酸霧、氯化氫、氟化氫、重金屬等多種污染物。最終，在循環(huán)流化床雙段式吸收塔和超凈布袋除塵器的聯(lián)合作用下，實現(xiàn)SO2和煙塵的超低排放。

圖1 DSC-M煙氣干式超凈工藝流程示意圖（適用于煤粉爐）

圖2 DSC-M煙氣干式超凈工藝流程示意圖（適用于循環(huán)流化床鍋爐）

3 新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)的應(yīng)用

自新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)成功開發(fā)以來，已在上百臺套燃煤機(jī)組中應(yīng)用，其中包括神華龍巖電廠、華電永安電廠、華電漳平電廠、晉能國峰電廠、陜煤新元電廠、同煤集團(tuán)同達(dá)熱電公司、內(nèi)蒙古京海電廠、晉能國金電廠等多個電力企業(yè)的20多臺300MW等級燃煤發(fā)電機(jī)組，并均穩(wěn)定實現(xiàn)了“50355”或“503510”的超低排放。

3.1 超臨界循環(huán)流化床機(jī)組

山西國金電力有限公司的2套35萬千瓦發(fā)電機(jī)組，配套當(dāng)時世界上首臺具有超臨界蒸氣參數(shù)的35萬千瓦等級循環(huán)流化床鍋爐，并同步建設(shè)爐內(nèi)脫硫、SNCR和爐后燃煤煙氣干式超凈裝置。表1為該項目燃煤煙氣干式超凈裝置的主要設(shè)計參數(shù)。

新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)，是基于原魯奇型煙氣循環(huán)流化床干法脫硫除塵工藝進(jìn)一步開發(fā)的新一代脫硫工藝，除了具有原工藝的占地小、脫除率高、無廢水、煙囪無需防腐處理、排煙透明等共性外，還具有以下技術(shù)創(chuàng)新特點：

（1）三大出口排放指標(biāo)媲美燃?xì)廨啓C(jī)標(biāo)準(zhǔn)

DSC-M燃煤煙氣干式超凈技術(shù)，可實現(xiàn)NOx濃度≤50mg/Nm3、SO2濃度≤35mg/Nm3、煙塵濃度≤5mg/Nm3。

（2）多污染物高效協(xié)同凈化

可同步高效去除硫酸霧、氯化氫、氟化氫等酸性氣體（去除率可達(dá)98%以上），高效吸附捕集汞、鉛、砷、鎘、鉻、銅等多種重金屬污染物（整體捕集效率最高可達(dá)95%以上）。凈化后的煙氣中汞濃度≤3μg/Nm3、硫酸霧濃度≤5mg/Nm3，排放指標(biāo)達(dá)到“50355（10）+530”的“超潔凈”水平。

（3）深度協(xié)同脫硝

新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)具有10%～20%的協(xié)同脫硝效率，耦合低溫氧化脫硝（COA）技術(shù)可實現(xiàn)深度脫硝，脫硝效率可達(dá)60%以上。

表1 山西國金電力2×350MW機(jī)組爐外煙氣凈化裝置進(jìn)出口煙氣參數(shù)（單臺爐）

2015年9月，山西國金電力有限公司1號機(jī)組及同步配套的干式超凈裝置，一次性投運成功，并順利通過168小時試運行考核。2016年11月，2#機(jī)組也成功投運。自投運以來，兩套燃煤煙氣干式超凈裝置與主機(jī)同步運行率100%，排放指標(biāo)均實現(xiàn)NOx＜50mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3、粉塵＜5mg/Nm3、SO3＜5mg/Nm3、Hg＜3μg/Nm3、零廢水的“50355+530”超凈排放要求。兩臺機(jī)組在設(shè)計時，煙囪均不設(shè)防腐。投運后，煙囪出口排放透明，無“煙囪雨”和有色煙羽現(xiàn)象，實際排放效果如圖3所示 。

圖3 山西國金電廠建成投運后廠區(qū)

該項目實際運行各項指標(biāo)已達(dá)到超低排放要求，特別是粉塵濃度，在CFB鍋爐高飛灰濃度且沒有設(shè)預(yù)電除塵器的情況下，干式超凈裝置的布袋除塵器出口實際排放值遠(yuǎn)優(yōu)于超低排放要求指標(biāo)。

3.2 華電永安電廠2×300MW機(jī)組

華電集團(tuán)永安電廠位于福建省永安縣，原有7#、8#兩臺30萬千瓦規(guī)模亞臨界參數(shù)的循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組。2015年，該電廠進(jìn)行超凈升級改造，配套DSC-M新型燃煤煙氣干式超凈裝置。改造后的煙氣流程：現(xiàn)有鍋爐→預(yù)電除塵器（拆除原有電袋除塵器的袋區(qū)，保留電區(qū)）→新型流化床吸收塔+超凈布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)（新增，原有引風(fēng)機(jī)拆除）→現(xiàn)有煙囪。爐后煙氣凈化裝置的設(shè)計參數(shù)見表2。電廠改造后的全景照片和航拍照片見圖4，煙囪不設(shè)防腐、排煙透明。

表2 華電永安電廠煙氣凈化裝置的主要設(shè)計參數(shù)

圖4 華電永安電廠超低排放改造后的全景

華電永安電廠兩臺30萬千瓦發(fā)電機(jī)組超低排放改造完成后，分別于2015年6月和2015年11月投運。運行數(shù)據(jù)表明，脫硫裝置入口SO2濃度達(dá)到2650mg/Nm3時（爐內(nèi)不脫硫），煙囪SO2排放濃度也不高于35mg/Nm3。8# CFB爐經(jīng)過爐內(nèi)脫硫后，鍋爐出口SO2濃度為800～1500mg/Nm3，經(jīng)干式超凈裝置進(jìn)一步脫除后，出口SO2排放濃度穩(wěn)定在35mg/Nm3以下。

經(jīng)國家環(huán)境分析測試中心監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，干式超凈裝置對SO2的脫除效率達(dá)到99%以上，裝置出口SO2濃度低至5mg/Nm3，煙塵濃度＜1mg/Nm3，汞濃度為0.74μg/Nm3（脫除率達(dá)到68.24%），硫酸霧排放濃度為0.118mg/Nm3（脫除率達(dá)到97.63%），同時對其他重金屬也都有一定的脫除作用。

3.3 中國石化廣州分公司2×420t/h燃用高硫石油焦循環(huán)流化床鍋爐

中國石化廣州分公司建有四臺自備鍋爐，包括兩臺220t/h煤粉爐和兩臺420t/h 循環(huán)流化床鍋爐。其中，循環(huán)流化床鍋爐燃用高硫石油焦（硫含量達(dá)到6.0%～6.7%）見表3。

表3 廣州石化燃用的石油焦主要成分

中國石化廣州分公司于2014年對兩臺420t/h 循環(huán)流化床鍋爐原配套的煙氣循環(huán)流化床干法脫硫除塵裝置進(jìn)行升級改造，并新增煙氣脫硝系統(tǒng)（SNCR+COA工藝）。原脫硫裝置的改造升級設(shè)計參數(shù)見表4，改造后的全景照片見圖5。

表4 廣州石化循環(huán)流化床鍋爐配套的干式超凈裝置主要設(shè)計參數(shù)

圖5 廣州石化循環(huán)流化床鍋爐及其配套的干式超凈裝置

高硫石油焦中含有釩、鎳等催化金屬元素，對SO2具有極強(qiáng)的催化氧化作用，再加上高硫石油焦燃燒產(chǎn)生的原始SO2濃度極高，因而煙氣的SO3濃度非常高。從對新型燃煤煙氣干式超凈裝置進(jìn)出口污染物濃度的檢測結(jié)果可知，脫硫裝置入口硫酸霧濃度平均達(dá)到767mg/Nm3（換算成原始SO3濃度為626mg/Nm3），經(jīng)脫硫裝置脫除后，出口硫酸霧濃度僅為0.246mg/Nm3，硫酸霧（SO3）的脫除效率接近100%。此外，汞的出口排放濃度僅為0.66μg/m3（去除率達(dá)到75.9%），遠(yuǎn)低于《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中汞及其化合物的特別排放限值（30μg/m3），達(dá)到了干式超凈裝置的設(shè)計預(yù)期。

3.4 神華龍巖電廠2×300MW循環(huán)流化床機(jī)組

神華龍巖電廠位于福建省龍巖市的工業(yè)園區(qū)，現(xiàn)役有5#和6#兩臺300MW亞臨界循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組，該電廠是神華集團(tuán)首個選用新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)進(jìn)行環(huán)保升級改造的機(jī)組。

由于場地緊張，該項目在實施時拆除了原有電袋除塵器的袋區(qū)和鍋爐引風(fēng)機(jī)，保留原電袋除塵器的電區(qū)及出口風(fēng)擋，新增的燃煤煙氣干式超凈裝置在原引風(fēng)機(jī)到煙囪后的位置進(jìn)行布置，新增兩臺引風(fēng)機(jī)，并利舊原有鍋爐引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和起吊設(shè)施。電廠5#和6#機(jī)組，分別于2015年11月、2016年3月完成超低排放改造并成功投運。改造后的燃煤鍋爐煙氣流程為：原有鍋爐（爐內(nèi)脫硫+SNCR脫硝）→預(yù)電除塵器（拆除原有電袋除塵器的袋區(qū)，電區(qū)利舊）→新型流化床吸收塔+超凈脫硫布袋除塵器→新增引風(fēng)機(jī)（拆除原引風(fēng)機(jī)，基礎(chǔ)和起吊設(shè)施利舊）→原有煙囪。改造后的整體照片見圖6，主機(jī)運行中，煙囪排煙透明。

圖6 神華龍巖電廠廠區(qū)

表5 神華龍巖電廠2×300MW機(jī)組煙氣干式超凈項目設(shè)計煙氣參數(shù)

表5為干式超凈裝置的主要設(shè)計參數(shù)。爐內(nèi)脫硫后，5#機(jī)組的脫硫裝置入口SO2濃度為200～1000mg/Nm3，經(jīng)干式超凈裝置后，SO2濃度穩(wěn)定控制在35mg/Nm3以下。

3.5 燃煤煙氣干式超凈技術(shù)在城市熱電機(jī)組的典型應(yīng)用

杭州杭聯(lián)熱電有限公司，位于杭州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，是一家熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱公司，為開發(fā)區(qū)的生產(chǎn)企業(yè)及周邊醫(yī)院、高校等事業(yè)單位供汽和供電。熱電廠區(qū)距離居民區(qū)不到1公里，是典型的城市型熱電廠。熱電廠內(nèi)共建有6臺燃煤鍋爐，其中，1#～3#鍋爐蒸發(fā)量為75t/h，4#～6#鍋爐蒸發(fā)量為130t/h。

2014年，該熱電廠開始陸續(xù)對其5臺鍋爐進(jìn)行超低排放改造，全部采用新型燃煤煙氣干式超凈技術(shù)（設(shè)計參數(shù)見表6），5臺CFB鍋爐超凈項目均于2016年順利完成投運。

表6 杭聯(lián)熱電公司燃煤煙氣干式超凈裝置主要設(shè)計參數(shù)

連續(xù)運行數(shù)據(jù)表明，DSC-M燃煤煙氣干式超凈裝置入口SO2濃度在300～2000mg/Nm3之間波動，脫硫后SO2排放濃度＜35mg/Nm3，粉塵排放濃度＜5mg/Nm3、NOx＜50mg/Nm3，各項指標(biāo)均達(dá)到“50355”的超低排放要求，煙囪排放透明（見圖7）。

圖7 杭聯(lián)熱電1～3#及4#、6#爐超凈改造裝置

4 結(jié)語

在原魯奇型干法脫硫除塵裝置基礎(chǔ)上開發(fā)的新一代燃煤煙氣干式超凈技術(shù)，已成功在上百臺套機(jī)組上運用，該技術(shù)具有高效、穩(wěn)定的脫硫、脫硝、除塵及協(xié)同脫除多污染物的特點，且不產(chǎn)生廢水和有色煙羽，煙囪不需防腐，達(dá)到優(yōu)于超低排放的“超凈”排放水平，是煤煙污染控制的最佳可行技術(shù)之一。