煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝技術(shù)在熱電廠中的應(yīng)用

(杭州杭聯(lián)熱電有限公司，杭州 310018)

0 引 言

根據(jù)杭州市環(huán)保部門提出燃煤鍋爐限期達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中天然氣排放標(biāo)準(zhǔn)，即：SO2<35 mg/m3，NOx<50 mg/m3，煙塵<5 mg/m3，杭州杭聯(lián)熱電有限公司在完成三臺75 t/h鍋爐深度治理的基礎(chǔ)上，2016年6月底同時完成了4#爐和6#爐兩臺130 t/h鍋爐的深度治理改造，即“超低排放改造”。4#爐和6#爐改造前的環(huán)保治理工藝為“爐內(nèi)脫硫+SNCR脫硝+半干法脫硫+電袋除塵器”的工藝路線。深度治理改造的總體工作思路為拆除原來的半干法脫硫系統(tǒng)和行噴吹布袋除塵器，分別在原地安裝一套半干法煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)+旋轉(zhuǎn)噴吹布袋除塵器，另加低溫脫硝添加劑系統(tǒng)。

根據(jù)杭州市環(huán)保局驗收要求，2018年1月委托第三方技術(shù)評估單位進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測和技術(shù)評估，結(jié)果表明4#爐和6#爐的污染物排放值都達(dá)到改造目標(biāo)值，包括SO2<35 mg/m3，NOx<50 mg/m3，煙塵<5 mg/m3。

1 煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝技術(shù)簡介

煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝技術(shù)由福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司研究和開發(fā)，是在引進(jìn)德國魯奇公司的CFB脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，進(jìn)一步提高了煙氣循環(huán)流化床干法工藝的脫硫率，并結(jié)合低溫氧化協(xié)同脫硝技術(shù)和流化床反應(yīng)器相結(jié)合[1]。

煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝系統(tǒng)采用消石灰為吸收劑，鍋爐煙氣從下部經(jīng)文丘里裝置進(jìn)入煙氣循環(huán)流化床，由返料灰、鍋爐煙氣夾帶的煙塵和加入的消石灰，組成了一個高灰濃度的煙氣流化床。通過向流化床內(nèi)噴水控制煙氣溫度在合理范圍內(nèi)，并大大增加了反應(yīng)面積，經(jīng)多次不斷循環(huán)的消石灰和煙氣中的SO2、SO3、NO、NO2、HCI和HF等污染物進(jìn)行充分反應(yīng)，生成CaSO3·1/2H2O、CaSO4·1/2H2O、CaF2、CaCl2·Ca(OH)2·2H2O、Ca(NO3)2等。

另外返料循環(huán)系統(tǒng)和清潔煙氣再循環(huán)系統(tǒng)也為提高污染物脫除效率起到非常重要的作用。返料循環(huán)系統(tǒng)將布袋除塵器灰斗內(nèi)的飛灰經(jīng)返料斜槽輸送至煙氣循環(huán)流化床內(nèi)，大大提高流化床內(nèi)灰濃度，結(jié)合脫硫水噴槍的水噴入，增加了流化床內(nèi)反應(yīng)物的反應(yīng)面積，成為有別于改造前的半干法脫硫系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝系統(tǒng)典型工藝流程如圖1所示。

圖1 煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝系統(tǒng)典型工藝流程

2 4#爐和6#爐深度治理改造介紹

2.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計參數(shù)見表1。

表1脫硫改造設(shè)計參數(shù)

續(xù)表1

項 目單 位4#爐系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)6#爐系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)亞氯酸鈉耗量kg/h300300水耗m3/h88電耗(不含引風(fēng)機(jī))kW·h1301303、吸收塔性能設(shè)計壓力Pa-8000～6000-8000～6000BMCR時煙氣流速m/s～5～535%BMCR煙氣流速m/s44煙氣停留時間(BMCR)s5535%BMCR時煙氣停留時間s66吸收塔壓力損失Pa20002000

2.2 工藝流程

4#爐和6#爐煙氣深度治理改造由福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司總承包實施，包括系統(tǒng)的設(shè)計、供貨、調(diào)試和交付。4#爐和6#爐脫硫脫硝系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 4#爐和6#爐脫硫脫硝系統(tǒng)工藝流程

2.2.1 脫硫系統(tǒng)

通過對入口SO2初始濃度、煙氣量、煙溫、消石灰加入量、床壓等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計和控制，煙氣循環(huán)流化床的脫硫效率能夠達(dá)到93%以上，保證SO2排放濃度控制在35 mg/Nm3以下。

在吸收塔中，Ca(OH)2與煙氣中的 SO2，以及幾乎全部的 SO3、HCl、HF等，完成化學(xué)反應(yīng)，主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

Ca(OH)2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O

CaSO3·1/2H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2·Ca(OH)2·2H2O(>120 ℃)

Ca(OH)2+2HF=CaF2+ 2H2O

2.2.2 脫硝系統(tǒng)

深度治理改造前，4#爐和6#爐通過SNCR脫硝系統(tǒng)，將空預(yù)器出口的NOx排放嗎、濃度控制在100 mg/Nm3以下。由于鍋爐煙氣中的NOx一般以NO形式存在，難以被吸收塔內(nèi)的消石灰脫除，深度治理改造工藝采用在吸收塔內(nèi)加入亞氯酸鈉溶液，將NO氧化成NO2，這樣NO2容易和消石灰反應(yīng)進(jìn)行脫除，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2NO+NaCIO2=2NO2+NaCI

2Ca(OH)2+4NO2=Ca(NO3)2+2H2O

2.2.3 除塵系統(tǒng)

除塵器采用干法脫硫?qū)Ｓ玫蛪盒D(zhuǎn)脈沖清灰方式的布袋除塵器，清灰用壓縮空氣在0.1 MPa以下。清灰風(fēng)機(jī)采用羅茨風(fēng)機(jī)。濾布采用無錫必達(dá)福產(chǎn)的脫硫?qū)Ｓ眠M(jìn)口超細(xì)PPS濾料，表面采用防水、防油的PTFE浸漬處理。除塵后凈煙氣經(jīng)煙道、引風(fēng)機(jī)至煙囪排出，濾袋收集的飛灰下落至灰斗，大部分飛灰經(jīng)氣化斜槽輸送至吸收塔作為脫硫脫硝用循環(huán)灰，小部分外排，由倉泵輸送至灰?guī)?。為滿足吸收塔低負(fù)荷運(yùn)行的需要，引風(fēng)機(jī)出口設(shè)置了清潔煙氣再循環(huán)煙道，將煙氣輸送至吸收塔入口。通過清潔煙氣再循環(huán)煙道上的調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)節(jié)，可確保不同負(fù)荷下經(jīng)過吸收塔的煙氣量保持在一個穩(wěn)定值。

2.2.4 DCS控制系統(tǒng)

煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝系統(tǒng)包括以下閉環(huán)控制回路：清潔煙氣再循環(huán)控制、吸收塔出口溫度控制、床層壓降控制、SO2排放控制和布袋清灰壓力控制。

(1)清潔煙氣再循環(huán)控制回路

為了擴(kuò)大吸收塔的操作區(qū)間，有利于優(yōu)化操作，使吸收塔低負(fù)荷運(yùn)行時仍保持最佳的工作狀態(tài)(即文丘里噴嘴流速、床層壓降穩(wěn)定)，設(shè)置了清潔煙氣再循環(huán)煙道，將清潔煙氣利用吸收塔進(jìn)口煙道的靜壓低于引風(fēng)機(jī)出口靜壓從引風(fēng)機(jī)下游煙道導(dǎo)回吸收塔入口煙道，從而保證吸收塔內(nèi)煙氣量的穩(wěn)定性。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低一定數(shù)量時，煙氣流量減少，這時通過煙氣流量控制回路調(diào)節(jié)清潔煙氣再循環(huán)風(fēng)擋，將清潔煙氣補(bǔ)充進(jìn)原煙氣中。本調(diào)節(jié)回路以脫硫除塵島煙氣流量為被控對象，通過調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)風(fēng)擋開度，保證進(jìn)入吸收塔煙氣的流量始終不低于設(shè)定值。

(2)吸收塔出口溫度控制

為了促進(jìn)消石灰和SO2的反應(yīng)，通過向吸收塔內(nèi)噴水來降低煙氣的溫度，由原煙氣溫度降低到80 ℃(吸收塔出口溫度)左右。這個吸收溫度大約高于水露點溫度15～20 ℃。

調(diào)節(jié)回路以吸收塔出口溫度為被控對象，通過調(diào)節(jié)回水調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)回水流量，保證注入吸收塔的水能將吸收塔出口溫度控制在設(shè)定值上，為消石灰和SO2的充分反應(yīng)創(chuàng)造條件。在循環(huán)流化床建立后，其產(chǎn)生的壓降到達(dá)一個預(yù)先設(shè)定的數(shù)值后，就通過調(diào)節(jié)水噴嘴的回流水量來控制吸收塔內(nèi)的噴水量，從而使溫度維持在設(shè)定值。工藝水以一定的壓力注入，高壓水由高壓水泵提供?；亓鲊娮觳贾迷谖账腻F形管處，可以在循環(huán)流化床系統(tǒng)運(yùn)行過程中在線進(jìn)行調(diào)節(jié)，維修和更換。

(3)床層壓降控制

調(diào)節(jié)回路以吸收塔床層壓降為被控對象，通過調(diào)節(jié)氣動流量調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)物料循環(huán)量，從而控制床層壓降在設(shè)定值，保證有充分的物料使得水份充分蒸發(fā)。

煙氣穿過文丘里式吸收塔而產(chǎn)生的壓降，是由于煙氣穿過文丘里管流速的增加產(chǎn)生的空床壓降，以及由于灰塵負(fù)荷而產(chǎn)生的，與煙氣中灰塵含量成正比的顆粒床層壓降，這兩個壓降和壓力的變化反應(yīng)了煙氣中顆粒負(fù)荷的變化。

第一次或停機(jī)后重新啟動循環(huán)流化床時，在機(jī)組啟動時，脫硫系統(tǒng)注入吸收劑和來自于鍋爐煙氣中的飛灰，飛灰將在脫硫系統(tǒng)后的除塵器中收集，與煙氣分離。除塵器灰斗中儲存的飛灰就通過灰斗下流量控制閥而循環(huán)回吸收塔，此時循環(huán)流化床就會逐漸建立。根據(jù)流化床的壓降，循環(huán)物料的量通過流量控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(4)SO2排放控制

根據(jù)布袋除塵器出口的煙氣流量(結(jié)合O2的含量)和排放(凈煙氣)SO2濃度來控制加入吸收塔內(nèi)吸收劑的用量。本調(diào)節(jié)回路以脫硫島出口SO2濃度為被控對象，通過調(diào)節(jié)消石灰旋轉(zhuǎn)給料器的頻率來調(diào)節(jié)消石灰的下料量，從而控制脫硫島出口SO2濃度在設(shè)定值范圍內(nèi)，保證SO2排放滿足環(huán)保要求。

(5)NOX排放控制

根據(jù)脫硫除塵器出口的煙氣流量(結(jié)合O2的含量)和排放(凈煙氣)NOx濃度來控制加入吸收塔內(nèi)脫硝劑的用量。本調(diào)節(jié)回路以吸收塔出口NOX濃度為被控對象，通過調(diào)節(jié)COA調(diào)頻給料泵的沖程來調(diào)節(jié)COA溶液的噴射量，從而控制脫硫島出口NOx濃度在設(shè)定值范圍內(nèi)，保證NOX排放滿足環(huán)保要求。

(6)布袋清灰壓力控制

布袋除塵器的清灰控制系統(tǒng)可以監(jiān)控布袋除塵器前后壓差。在脫硫除塵裝置運(yùn)行過程中，必須隨時根據(jù)布袋除塵器壓降，確定最佳的清灰周期，以保證布袋的壽命。

(7)順序控制功能

順序控制系統(tǒng)的控制方式考慮設(shè)置功能組級、執(zhí)行級二級控制方式。操作員能夠通過操作員站對單個設(shè)備進(jìn)行啟、?；蜷_、關(guān)操作，也可以對功能組中相關(guān)的一組設(shè)備進(jìn)行順序啟、停。成組啟停時，操作員仍可對單臺設(shè)備進(jìn)行操作，即操作員具有最高的操作權(quán)限。

(8)聯(lián)鎖及保護(hù)

當(dāng)煙氣量無法保證脫硫或者物料循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，立即停止脫硫系統(tǒng)。當(dāng)水系統(tǒng)、吸收劑給料系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，若判斷為暫時故障，則可保持吸收塔內(nèi)床層及物料循環(huán)，等待故障處理完畢；若為短時間無法消除的故障，則應(yīng)關(guān)閉水的注入并關(guān)閉物料循環(huán)系統(tǒng)退出脫硫。

(9)報警系統(tǒng)

煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝控制系統(tǒng)的所有模擬量輸入、數(shù)字量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸出和中間變量的計算值，都可作為報警源。系統(tǒng)功能范圍內(nèi)的全部報警項目均可在操作員站顯示屏上顯示。報警的設(shè)置原則為“事故必報警，避免誤報警，突出重要報警，查詢報警便捷”。

3 建設(shè)、運(yùn)行和技術(shù)評估情況

3.1 建設(shè)和運(yùn)行情況

4#爐和6#爐深度治理改造于2016年3月上旬開工，經(jīng)過舊體拆除、土建施工和本體設(shè)備的建設(shè)安裝，歷經(jīng)3個多月的施工，到2016年6月中旬具備單體調(diào)試的條件。6#爐于2016年6月23日至6月30日進(jìn)行168 h連續(xù)試運(yùn)行。4#爐于2016年7月5日至7月12日進(jìn)行168h連續(xù)試運(yùn)行。從兩臺鍋爐的168 h連續(xù)試運(yùn)行情況看，在滿足設(shè)計前提的情況下，鍋爐出口煙氣排放參數(shù)均達(dá)到設(shè)計要求，即：SO2排放濃度<35 mg/m3，NOx排放濃度<50 mg/m3，煙塵排放濃度<5 mg/m3。

3.2 性能評估試驗

2018年1月，杭州杭聯(lián)熱電有限公司委托浙江天藍(lán)環(huán)保技術(shù)股份有限公司對4#爐和6#爐煙氣深度治理系統(tǒng)進(jìn)行了性能評估。性能評估的內(nèi)容包括脫硫、脫硝、除塵設(shè)施的性能試驗和效果評價。

3.2.1 試驗內(nèi)容

(1)脫硝設(shè)施性能試驗內(nèi)容見表2。

表2脫硝設(shè)施性能試驗內(nèi)容

(2) 除塵設(shè)施性能試驗主要試驗內(nèi)容見表3。

表3除塵設(shè)施性能試驗內(nèi)容

(3)脫硫設(shè)施性能試驗主要試驗內(nèi)容見表4。

表4脫硫設(shè)施試驗內(nèi)容

3.2.2 試驗結(jié)果[2-3]

(1)4#爐除塵效率及其計算結(jié)果見表5。

表5除塵效率及其計算結(jié)果表

(2)脫硫脫硝效率及其計算結(jié)果見表6。

表6脫硫脫硝效率及其計算結(jié)果表

(3)6#爐除塵效率及其計算結(jié)果見表7。

表7除塵效率及其計算結(jié)果表

(4)脫硫脫硝效率及其計算結(jié)果見表8。

表8脫硫脫硝效率及其計算結(jié)果表

4 結(jié)束語

杭州杭聯(lián)熱電有限公司兩臺130 t/h循環(huán)流化床鍋爐實施了深度治理改造，采用半干法煙氣循環(huán)流化床同時脫硫脫硝系統(tǒng)+旋轉(zhuǎn)噴吹布袋除塵器系統(tǒng)+低溫脫硝系統(tǒng)。經(jīng)第三方評估單位進(jìn)行技術(shù)評估，燃煤熱電鍋爐也能達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中天然氣排放標(biāo)準(zhǔn)，即：SO2<35 mg/m3，NOx<50 mg/m3，煙塵<5 mg/m3。這個技術(shù)對國內(nèi)類似燃煤熱電機(jī)組實施超低排放改造具有指導(dǎo)意義。