循環(huán)流化床鍋爐近零排放技術(shù)分析

　　循環(huán)流化床(CFB)鍋爐傳統(tǒng)的爐內(nèi)脫硫和低溫分級燃燒等技術(shù)不能滿足近零排放(即超凈排放)的環(huán)保要求，因此結(jié)合CFB鍋爐污染物排放控制實踐，本文提出了采用“爐內(nèi)脫硫+尾部濕法煙氣脫硫技術(shù)、SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)、濕式電除塵器技術(shù)”的技術(shù)路線，來實現(xiàn)CFB鍋爐近零排放，即達到現(xiàn)行燃氣輪機發(fā)電機組排放平：SO2≤35mg/Nm3、NOx≤50mg/Nm3、煙塵≤5mg/Nm3。近零排放技術(shù)更有利于充分發(fā)揮CFB鍋爐燃用劣質(zhì)、高硫燃料的獨特優(yōu)勢，是今后大型CFB鍋爐的必然發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床(CFB)鍋爐，污染物，近零排放，超凈排放，濕式電除塵器(WESP)

　　引言

　　“火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”(GB 13223-2011)對重點地區(qū)燃煤鍋爐的SO2、NOx及煙塵排放濃度提出了嚴格的要求，即分別小于50、100、20mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，6%O2，下同)，對重金屬汞(Hg)的排放也要求在0.03mg/m3以下。與此同時，一些地方和發(fā)電集團又對火電廠煙氣污染物排放限值進一步趨嚴，提出了“近零排放”、“超凈排放”、“綠色發(fā)電”的要求，即電廠煙氣污染物排放要達到現(xiàn)行燃氣輪機發(fā)電機組排放水平(SO2<35mg/m3、NOx<50mg/m3、煙塵<5mg/m3)，這樣傳統(tǒng)的CFB鍋爐通過爐內(nèi)加石灰石脫硫、低溫分級燃燒的低氮排放及煙塵濃度完全不能滿足“近零排放”的要求，因此必須進行深度脫硫、深度脫硝及深度除塵。本文分析了CFB鍋爐近零排放技術(shù)，提出了近零排放的技術(shù)路線圖。

　　1 CFB鍋爐SO2近零排放技術(shù)分析

　　部分CFB鍋爐通過爐內(nèi)加石灰石并在一定條件下(如合適的床溫、Ca/S比、高活性的石灰石等)其計算脫硫效率(包含煤的自身脫硫率)可達90%甚至99%，SO2排放濃度(一般小于200mg/m3)可滿足非重點地區(qū)的環(huán)保要求，但仍滿足不了重點地區(qū)的要求，更不用說近零排放要求，特別是對一些高硫、低熱值的劣質(zhì)燃料如洗煤泥、煤矸石、油頁巖、石油焦、石煤等等，而這些正是煤粉爐不能燃用而CFB鍋爐最適合的燃料;另外還有許多CFB鍋爐由于各種原因光靠爐內(nèi)脫硫僅能達到50%左右的脫硫效率，因此需要采用尾部煙氣脫硫技術(shù)來達標(biāo)排放，這是必然的趨勢[1]。

　　目前火電廠成熟應(yīng)用的煙氣脫硫技術(shù)主要有石灰石/石膏濕法、氨法、MgO法、海水法、煙氣循環(huán)流化床法等等。據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計，截至2012年底，在燃煤脫硫機組中石灰石/石膏濕法約占92%、海水法占3%、煙氣循環(huán)流化床法占2%、氨法占2%、其他占1%。對于CFB鍋爐，盡管爐內(nèi)能脫除50%以上的SO2，使得尾部脫硫系統(tǒng)SO2入口濃度大大降低，但要將SO2排放濃度降低到35mg/Nm3以下的近零排放要求，作者推薦采用濕法脫硫技術(shù)而不要采用許多研究者推薦的干法或半干法技術(shù)[2-4]，這里以石灰石/石膏濕法和煙氣循環(huán)流化床法作比較來說明。

　　首先在脫硫率上，目前石灰石/石膏濕法有各種成熟的提效技術(shù)，可使脫硫率穩(wěn)定達到98%以上，加上CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫，整體脫硫率很容易達到99%以上，使SO2濃度滿足近零排放要求，而煙氣循環(huán)流化床法盡管在低硫條件下也能達到95%以上的脫硫率，但條件苛刻，實際運行中受煤種變化、石灰粉品質(zhì)以及運行負荷波動，特別是在低負荷下脫硫塔床層壓降難以維持等各種因素，實際脫硫率不能穩(wěn)定，造成SO2濃度達不到近零排放要求。其次在經(jīng)濟性方面，實踐表明，煙氣循環(huán)流化床法盡管初投資較低，但為了提高脫硫效率其實際鈣硫摩爾比會達到1.6以上，脫硫劑年消耗費用將比濕法脫硫高出50%～100%以上，而且運行電耗也很高，運行經(jīng)濟性比濕法差。目前濕法的國產(chǎn)化程度很高，系統(tǒng)內(nèi)腐蝕、磨損、堵塞等問題已得到很好的解決和控制，其投資和運行成本已大大下降。第三，采用濕法可減少爐內(nèi)脫硫的比例甚至不投用爐內(nèi)脫硫，使CFB鍋爐的灰渣實現(xiàn)很好的綜合利用，且脫硫本身副產(chǎn)品能得到很好利用，而采用煙氣循環(huán)流化床法后脫硫副產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定，對粉煤灰的綜合利用有著嚴重的影響，可能產(chǎn)生新的固體廢棄物處理難題。第四，采用濕法可有效地實現(xiàn)煙塵的協(xié)同治理，結(jié)合干法除塵器和濕式電除塵器，可使煙塵達到5mg/Nm3以下的近零排放要求，而煙氣循環(huán)流化床法則難以做到，針對CFB鍋爐推出的“SNCR+CFB-FGD+COA”的煙氣凈化系統(tǒng)即使采用布袋除塵器也不能解決煙塵近零排放問題[5-6]。

　　綜上所述，CFB鍋爐要達到SO2小于35mg/m3的近零排放要求，濕法脫硫工藝是首選，即便是SO2排放要求不高的機組，也應(yīng)如此。只有在特殊條件下，如嚴重缺水或壽命短的老機組、采用半干法脫硫又能滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求的，才考慮選用半干法煙氣脫硫技術(shù)。

　　2 CFB鍋爐NOx近零排放技術(shù)分析

　　大部分CFB鍋爐的運行床溫控制在850～950℃，可實現(xiàn)低溫燃燒和分級燃燒，在合適的運行參數(shù)下，NOx的排放濃度可控制在200mg/m3以下，但也有部分揮發(fā)分較高的煤種以及運行床溫較高的CFB鍋爐,NOx排放濃度可達到400mg/m3，滿足不了近零排放要求，需要加裝尾部煙氣脫硝系統(tǒng)。目前在電廠控制NOx排放的主要方法有選擇性非催化還原SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)、選擇性催化還原SCR(Selective Catalytic Reduction)等。

　　SNCR的主要優(yōu)點是技術(shù)簡單，運行費用低;缺點是對溫度依賴性強，對煤粉爐來說，大部分脫硝率只有30%左右，這是因為在煤粉鍋爐中還原劑的穿透深度較長，無法保證還原劑與煙氣達到最佳的混合，另外反應(yīng)時間也較短。但對于CFB鍋爐，情況有所不同[7]：1)CFB鍋爐的NOx初始排放濃度因其低溫燃燒和分級燃燒方式而相對較低，較低的燃燒溫度使得熱力型NOx與燃料型NOx大量減少;2)CFB鍋爐具有一個非常有效的還原劑噴入點和混合反應(yīng)器—旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器內(nèi)溫度一般在850℃左右，正處于SNCR反應(yīng)溫度范圍之內(nèi);分離器內(nèi)的煙氣擾動強烈且流動路徑較長,利于噴入的還原劑和煙氣之間迅速而均勻地混合和還原劑在反應(yīng)區(qū)獲得較長停留時間;從而保證了更高的脫硝效率。目前已有大量的SNCR系統(tǒng)在CFB鍋爐中應(yīng)用，如秦皇島秦?zé)岚l(fā)電有限責(zé)任公司2×300MW機組、華能白山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司2×330MW機組、國華寧東2×330MW機組、江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司2×300MW機組等等，SNCR裝置的脫硝效率可以保證在50%以上，甚至高達80%以上[8]。