某350MW循環流化床鍋爐超低排放的實踐

摘要：循環流化床（CFB）鍋爐傳統的爐內脫硫和低溫分級燃燒等技術難以滿足超低排放的環保要求，介紹了某電廠350MW CFB鍋爐超低排放的技術路線，NOx控制采用了SNCR+SCR聯合脫硝技術，SO₂控制采用了爐內脫硫+濕法石灰石/石膏煙氣脫硫技術，煙塵采用了電袋除塵+濕式電除塵器技術。運行實踐表明，該CFB鍋爐污染物完全能滿足超低排放的“50355”要求，同時Hg排放濃度也滿足國家標準。該污染物控制技術路線更有利于充分發揮CFB鍋爐燃用劣質、高硫燃料的獨特優勢，是今后大型CFB鍋爐的必然發展趨勢。

關鍵詞：循環流化床（CFB）鍋爐;污染物;超低排放

1.前言

2015年12月11日，環境保護部、國家發展改革委、國家能源局頒布了“關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的通知（環發[2015]164號^[1]，主要目標是“到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放（即在基準氧含量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）。全國有條件的新建燃煤發電機組達到超低排放水平……”，一些地區進一步要求粉塵濃度在5mg/m³以下，為此各電廠紛紛進行超低排放實踐。對于CFB鍋爐，通過爐內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）其脫硫效率可達90%以上，但大部分仍滿足不了超低排放的要求，特別是對一些高硫、低熱值的劣質燃料如洗煤泥、煤矸石、油頁巖、石油焦、石煤等等，另外還有許多CFB鍋爐由于各種原因光靠爐內脫硫僅能達到50%左右的脫硫效率，因此需要采用尾部煙氣脫硫技術來達標排放，這是必然的趨勢^[2-6]。同時流化床鍋爐的低溫燃燒也難以滿足NOx超低排放要求。因此某電廠2×350MWCFB鍋爐在新建時就采用了一系列污染物超低排放技術，取得了很好的效果。

2.超低排放系統介紹

某電廠兩臺350MW機組，采用上海電氣有限公司SG-1164/25.4-M4603型循環流化床鍋爐，鍋爐為超臨界參數變壓運行直流爐，一次中間再熱、平衡通風、全鋼構架結構，主要環保性能指標為SO₂排放濃度（不投石灰石）≤2800mg/m³（標態，干基，6%O₂，下同），NO_X排放濃度≤200mg/m³。采用的環保設施如圖1所示。

2.1? 脫硫裝置

采用石灰石-石膏濕法單塔雙循環脫硫工藝，一爐一塔設計，無旁路增引合一，設計入口SO₂濃度為3984mg/m³，脫硫效率≥99.12%，凈煙氣SO₂含量<35mg/m^3，FGD裝置可用率>98%，服務壽命為30年。單塔雙循環脫硫技術有如下特點：1）雙回路噴淋塔：特別適用于高硫煤和脫硫效率要求特別高的項目;2）雙循環工藝可以滿足不同工藝階段對不同漿液性質的要求，分步控制工藝反應過程，使反應過程更加優化，因此獲得更高的脫硫效率;3）高pH值的二級循環在較低的液氣比和電耗條件下，可以保證很高的脫硫效率（99%以上）;低pH值的一級循環可以保證吸收劑的完全溶解以及得到很高的石膏品質，并大大提高氧化效率，降低氧化風機電耗;4）兩級工藝延長了石灰石的停留時間，可以實現使用品質較差的石灰石并且可以有效地提高石灰石的利用率;5）雙循環過程可以避免傳統工藝參數之間的相互制約，使反應過程更加優化，更能快速適應煤種和負荷變化。

2.2? 脫硝系統

采用爐內選擇性非催化還原法SNCR及爐后煙氣選擇性催化還原法SCR聯合脫硝工藝，SNCR尿素溶液噴槍布置在旋風分離器入口，將稀釋后的尿素溶液噴入煙氣中進行脫硝。SCR反應器布置在高溫省煤器和低溫省煤器中間，蒸汽加熱水解后的氨氣稀釋后分散到噴氨格柵進入催化劑脫硝。脫硝還原劑采用農用尿素，SNCR效率按不小于70%設計;SCR按1+1層催化劑設計，脫硝效率不小于50%考慮;綜合脫硝效率不小于85%。在設計煤種、校核煤種、鍋爐最大連續出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量條件下、氮氧化物排放濃度小于30mg/m³。

2.3? 除塵系統

鍋爐在空預器后配套了電袋復合除塵器。電袋復合除塵器充分發揮電除塵器前級電場除塵效率高的特點，先捕集煙氣中80%左右的粉塵，降低了進入袋場區的粉塵濃度及粗顆粒含量;進入后級袋場區的粉塵為荷電粉塵，為后級布袋除塵建立良好的工作條件。

荷電粉塵從電場區進入袋場區后，由于荷電粉塵同性排斥，從而在濾袋表面形成規則有序、結構疏松的粉塵層。另有一小部分荷電粉塵異性相吸產生電凝并作用，小顆粒凝并成較大的顆粒，從而更容易被濾袋所阻留。由荷電粉塵形成的粉塵層的特性發生了顯著變化，既改變粉塵粒徑狀態，又改變粉塵的堆積特性，與常規袋式除塵器中由大小不同粒徑不帶電荷粒子形成的粉塵層相比透氣性更好，清灰性能也更好，對提高微細粒子（小于PM10）的捕集效率有明顯作用。

隨著除塵器的運行，濾袋表面的粉塵層厚度和密集度不斷增加，氣體通過濾料的阻力隨之增加。阻力達到一定數值后，脈沖閥自動打開，壓縮空氣噴入濾袋內側，使濾袋內側壓力瞬間高于外側壓力，原先呈內凹狀的濾袋發生快速的膨脹變形。濾袋在膨脹變形停止的瞬間，會產生一個反向加速度。濾袋上的粉塵層在此反向加速度及由壓縮空氣造成的反向氣流作用下，脫離濾袋表面。

在電袋除塵器后的濕法脫硫吸收塔，還可除去約50%的煙塵，更為重要的是，在吸收塔后面，還設有目前最先進的除去、除塵設備：濕式靜電除塵器，其性能如下：

粉塵去除率（含石膏）：≥80%，濕式靜電除塵器出口煙氣含塵量不大于 3 mg/m³（基于入口含塵量>15mg/m³時）;PM2.5去除率≥75%;霧滴去除率≥75%;SO₃去除率≥50%。

3.煙氣污染物超低排放結果

3.1 凈煙氣中NOx濃度

圖2給出了180MW～350MW負荷下煙囪凈煙氣中NOx濃度的排放，可見NOx濃度小時均值在超低排放標準（50mg/Nm³以下），圖中NOx濃度有瞬間超過50mg/m³的情況發生，這主要有2個原因：1）負荷的變化;2）在NOx排放濃度過低時，運行人員有時為節約尿素用量而減少供應，造成NOx濃度瞬間升高。但總的來說，由于電廠采用SNCR和SCR相結合的脫硝形式，凈煙氣中NOx濃度的排放完全可控，到達超低排放要求。

3.2? 凈煙氣中SO₂濃度

圖3給出了煙囪凈煙氣中SO₂濃度，可見SO₂濃度小時均值均在超低排放標準（35mg/m³以下），圖中SO₂濃度有瞬間超過35mg/Nm³的情況發生，這主要有2個原因：1）負荷的變化，運行人員未及時開啟循環泵或補石灰石漿液造成。2）在SO₂排放濃度過低時（有低至近0的情況），運行人員有時為節約用電而停一臺循環泵，造成脫硫率瞬間降低。但總的來說，由于電廠采用爐內石灰石脫硫（目前爐內脫硫Ca/S比在0.4左右）和爐外濕法石灰石-石膏煙氣脫硫的形式，FGD系統的設計余量很大，系統對入口SO₂濃度的適應性巨大，煙囪中SO₂排放濃度均可保證滿足超低排放要求。

3.3? 凈煙氣中煙塵濃度

圖4給出了180MW～350MW煙囪凈煙氣中煙塵濃度，可見煙塵濃度小時均值遠低于超低排放要求（10mg/m³以下），平均只有3mg/m³左右，這主要有3個原因：1）電廠采用了先進的電袋復合除塵技術;2）除塵后煙氣又通過濕法吸收塔，在吸收塔內再次得到凈化;3）最后又有濕式電除塵器除去細微顆粒如PM2.5，這樣三重除塵使得凈煙氣中煙塵濃度的排放完全可控，完成到達超低排放要求。

3.4? 凈煙氣中汞濃度的測量結果

煙囪70m處凈煙氣中現場實際測量汞濃度為1.81μg/m³，遠低于30μg/m³超低排放要求。

從鍋爐4年來的運行實踐表明，電廠煙囪出口處NO_x、SO₂和粉塵濃度都能滿足超低排放要求（50、35、5mg/m³），未發生環保指標超標事件。煙囪中凈煙氣中Hg排放濃度也滿足環保要求。這表明電廠所采取的環保技術路線是完全成功的。

4.結論

CFB鍋爐傳統的爐內脫硫和低溫分級燃燒等技術難以滿足超低排放的環保要求，因此采用“爐內脫硫+尾部濕法煙氣脫硫技術、SNCR+SCR聯合脫硝技術、濕式電除塵器技術”的技術路線，完全可以實現CFB鍋爐超低排放。該污染物控制技術路線更有利于充分發揮CFB鍋爐燃用劣質、高硫燃料的獨特優勢，將使CFB鍋爐的發展日臻完美，是今后大型CFB鍋爐的必然發展趨勢。事實上，煤粉爐的超凈排放技術路線也基本如此，CFB鍋爐的環保治理技術與煤粉爐最終趨于基本一致，即采用“SCR脫硝技術+尾部濕法煙氣脫硫技術+濕式電除塵器技術”，這也是環保的必然要求！

參考文獻：

[1]? 環境保護部、國家發展改革委、國家能源局頒布了“關于印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》的通知（環發[2015]164號，2015.12。

[2]? 曾庭華，方健，劉義等.大型循環流化床鍋爐深度脫硫的探討[J].中國電力，2011（6）：34-37.

[3]? 劉宏麗，靳智平，衛國等.1025t/h循環流化床鍋爐深度脫硫方式選擇研究[J].熱力發電，2009，38（3）：5-9.

[4]? 王菲，趙培.濕法煙氣脫硫在循環流化床鍋爐的系統設計[J].資源節約與環保，2010（2）：70-71.

[5]? 袁克.循環流化床燃燒系統強化脫硫技術的發展現狀[J].工業鍋爐，2008（3）：5-9.

[6]? 孫獻斌，時正海，金森旺.循環流化床鍋爐超低排放技術研究[J].中國電力，2014，47（1）：142-144.

作者簡介：羅丁樂，2001年畢業于西安交通大學，2001年至今都在從事電廠調試與性能試驗工作。

（作者單位：廣州粵能電力科技開發有限公司）