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、負荷調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，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，原有的循環(huán)流化床鍋爐排放的污染物無法滿足新的超低排放標準，需要對其進行技術(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，但無法滿足最新超低排放標準（NOx、SO2、顆粒物出口濃度分別低于50mg/m3、35mg/m3、10mg/m3），需進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準如下表所示。

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，通過氨水或尿素等還原劑可將NOx還原為水和氮氣，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，如果溫度過高，氨易被氧氣直接氧化，降低還原劑的利用率；如果溫度過低，反應(yīng)速度慢，氨的反應(yīng)不充分，會產(chǎn)生氨逃逸堵塞空氣預熱器，也會加劇設(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)容器中的停留時間、煙氣與還原劑的混合程度、NH3/NOx摩爾比。SNCR 脫硝設(shè)備簡單，成本較低，不需要使用催化劑，但缺點是還原劑消耗高，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NH3、CO 等還原劑將NOx還原為水和氮氣，適合溫度為300℃—420℃。SCR 脫硝技術(shù)的脫硝效率可達80%—90%，技術(shù)成熟，運行可靠，而且不會產(chǎn)生二次污染，但缺點是投資和運行費用高，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省煤器和下級省煤器之間，實現(xiàn)SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝（見圖1）。SNCR+SCR 脫硝改造結(jié)合了兩種工藝的優(yōu)點，既能降低投資，節(jié)省空間，又能實現(xiàn)超低排放。爐膛高溫位置的SNCR 裝置噴射還原劑，使NOx的脫除效率達到30%—40%。在鍋爐的尾端高溫段加裝SCR 裝置，實現(xiàn)高溫SCR 脫硝，脫硝效率達到40%—50%。SNCR+SCR 聯(lián)合脫硝可實現(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，電廠采購的煤矸石含硫量較高，導致鍋爐排放煙氣中SO2濃度高，原有工藝無法滿足排放要求。對于煙氣中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)是指煙氣在一個吸收塔內(nèi)實現(xiàn)2 次脫硫。吸收塔分為上下兩級循環(huán)區(qū)。下部的一級循環(huán)區(qū)主要是起到預吸收和提高石膏品質(zhì)的作用。一級循環(huán)區(qū)pH 值為4.6—5.3，脫硫效率為35%—36%。上部的二級循環(huán)區(qū)漿液pH 值為5.8—6.4，高pH 值能提高脫硫效率，同時降低系統(tǒng)液氣比和能耗。一級和二級循環(huán)區(qū)綜合脫硫效率可達99%以上。單塔雙循環(huán)系統(tǒng)占地小，適合空間有限的項目改造。

雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)是指煙氣通過一個吸收塔后，再進入第二個吸收塔。兩個吸收塔是串聯(lián)的關(guān)系。煙氣通過第一個吸收塔后，可以實現(xiàn)約50%的脫硫效率。煙氣通過第二個吸收塔后，可實現(xiàn)99.3%以上的脫硫效率。根據(jù)本工程現(xiàn)場條件，可利舊設(shè)備情況、操作難度和運行靈活度，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

本項目兩臺機組共用一套脫硫系統(tǒng)，利用原有雙堿法脫硫塔的一級塔作為新脫硫系統(tǒng)的一級塔，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。因原有吸收塔無漿池，故本次新增吸收塔塔外漿池及攪拌器。原雙堿法二級塔不能滿足本次改造要求，故將原二級塔隔離后改造為事故漿液箱使用。

在一級塔旁邊的空場地新建二級塔，雙循環(huán)脫硫布置如圖2 所示。二級塔主要設(shè)計原則如下：

圖2 雙塔雙循環(huán)脫硫裝置布置

（1）二級塔塔內(nèi)漿池停留時間按4min 設(shè)計。

（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）二級塔設(shè)置6 臺漿液循環(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）通過計算機輔助設(shè)計，利用流場分析軟件，優(yōu)化煙道布置并指導噴淋層布置。

（7）二級塔采用塔頂煙囪。

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高壓電離使粉塵帶電，通過陽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，可獨立安裝，也可加裝在吸收塔上，但對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)簡單，便于維護，但當出現(xiàn)液膜溢流時，會大大降低除霧器效率，不能滿足超低排放要求。三級屋脊式除霧器或管束式除霧器在超低排放項目中應(yīng)用較多，具有沖洗效果好、安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，但造價比平板式除霧器高。

4.2 除塵協(xié)同除霧改造

本項目綜合考慮煙氣含塵量、指標要求及系統(tǒng)阻力后，確定在二級吸收塔的出口段設(shè)置高效除霧器（采用一級管式+三級屋脊式除霧器）（見圖3）。噴淋層產(chǎn)生的大霧滴中85%的粒徑達到500mm 以上，管式除霧器安裝在第一級，主要對大霧滴進行攔截，同時可以大幅降低除霧器的液氣比，具有良好的煙氣均布作用。第二級采用三級屋脊除霧器，其具有流線型葉片且?guī)с^設(shè)計，極限霧滴可達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 三級管式+三級屋脊式除霧器

5 運行情況

改造后的工藝路線見圖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)備運行穩(wěn)定，滿足超低排放要求。