440 t/h CFB鍋爐煙氣脫硫除塵系統(tǒng)提效優(yōu)化改造

王樂為

(國家電投集團(tuán)大連泰山熱電有限公司，大連 116021)

0 引 言

2014年9月12日，國家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014-2020年)》，要求新建和現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到或接近燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(即在基準(zhǔn)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 mg/m3)。

根據(jù)集團(tuán)公司的文件《關(guān)于印發(fā)集團(tuán)公司煤電機(jī)組超低排放技術(shù)實(shí)施相關(guān)規(guī)定的通知》的要求，采用脫硫除塵協(xié)同一體化技術(shù)，相關(guān)指標(biāo)確定見表1。

表1 脫硫系統(tǒng)主要工藝指標(biāo)

而遼寧某熱電廠的兩臺440 t/h CFB鍋爐原有的脫硫系統(tǒng)采用石灰石粉作為原料，爐內(nèi)噴鈣干法脫硫工藝，可以達(dá)到<200 mg/Nm3的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，遼寧某熱電廠推行煙氣超低排放改造工程的實(shí)施，通過新增的煙氣脫硫裝置，同時實(shí)現(xiàn)二氧化硫和煙塵達(dá)到超低排放。改造工程的實(shí)施是落實(shí)國家環(huán)保政策的要求，滿足火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

遼寧某熱電廠現(xiàn)有2×135 MW超高壓雙抽供熱機(jī)組和2臺440 t/h循環(huán)流化床鍋爐，目前兩臺鍋爐均采用爐內(nèi)噴鈣脫硫和電除塵器。脫硫工藝為流化床鍋爐爐內(nèi)噴石灰石脫硫，脫硫系統(tǒng)與電廠配套建設(shè)。2014年，增加ROFA系統(tǒng)，通過爐內(nèi)噴鈣脫硫，鍋爐出口的SO2排放濃度小于200 mg/Nm3(干基，6%O2)。

每臺鍋爐配套的雙室五電場BEL型靜電除塵器及氣力輸送設(shè)備。2016年完成了電除塵器提效改造。將電除塵器的工頻電源更換為高頻+脈沖電源。電除塵器改造后保證煙塵排放不大于25 mg/Nm3(α=1.4)。超低改造前除塵器出口的煙塵排放濃度在10～20 mg/Nm3范圍內(nèi)。

2 及改造目標(biāo)

2臺440 t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫除塵一體化提效優(yōu)化改造計(jì)劃將原有脫硫除塵系統(tǒng)改造為煙氣循環(huán)流化床干式超凈工藝(即流化床超凈吸收塔+超凈布袋除塵器)，利用現(xiàn)有的爐內(nèi)脫硫裝置，整體脫硫系統(tǒng)的按照收到基硫0.6%設(shè)計(jì)，采用一爐一塔布置，為每臺鍋爐配1套干法煙氣脫硫除塵系統(tǒng)，全廠共2套。改造目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放，即改造后實(shí)現(xiàn)煙塵、二氧化硫排放濃度分別不高于10 mg/Nm3和35 mg/Nm3，煙囪出口排放無明顯白霧、格林曼黑度小于1度，且無脫硫廢水排放。

3 煙氣循環(huán)流化床脫硫除塵改造方案

3.1 設(shè)計(jì)概述

此次煙氣脫硫除塵一體化提效優(yōu)化改造采用煙氣循環(huán)流化床脫硫、除塵一體化工藝，工藝路線為煙氣循環(huán)流化床脫硫、除塵一體化超低排放工藝，按一爐一塔布置。利用現(xiàn)有的爐內(nèi)脫硫裝置，整體脫硫系統(tǒng)中SO2濃度按燃煤收到基硫分0.6%設(shè)計(jì)，保證出口SO2排放小于35 mg/ Nm3(干標(biāo)，6% O2)，粉塵排放小于5 mg/ Nm3(干標(biāo)，6% O2)，煙囪出口排放無明顯白霧、格林曼黑度小于1度，且無脫硫廢水排放。

每臺鍋爐配一組除塵器，每組袋式除塵器在順氣流方向上分為甲乙側(cè)獨(dú)立的除塵室，一單元除塵室分2個除塵單元，二單元除塵室一個除塵單元，每個單元可安裝φ127×8130濾袋1 228條，整臺除塵器安裝濾袋7 368條。整臺除塵器總過濾面積為23 872 m2，除塵器本體阻力小于1 500 Pa。

每臺爐配一座脫硫吸收塔，材質(zhì)為碳鋼，塔直徑7 m，安裝最高點(diǎn)標(biāo)高52.8 m(1號吸收塔52.1 m)。吸收塔內(nèi)設(shè)置進(jìn)口單項(xiàng)流高壓回流式噴槍，使噴入的降溫水充分霧化，在物料顆粒表面形成液膜，為高效脫硫反應(yīng)創(chuàng)造條件。噴槍布置在塔內(nèi)返料口的下部，返料灰不會對其造成影響。噴槍的外防護(hù)套材料為316 L。脫硫塔底配備有灰斗，并配有外排螺旋輸送機(jī)。

吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)采用單元制，每爐設(shè)置1套，每座生石灰倉和消石灰倉的容積滿足BMCR工況時7天和2天的消耗量。生石灰倉和消石灰倉保證吸收劑粉流化均勻，出料順暢，不淤、不堵，采用流化裝置。消石灰倉和生石灰倉內(nèi)的物料采用加熱流化風(fēng)進(jìn)行流化。

3.2 脫硫除塵工藝路線

煙氣脫硫除塵一體化提效優(yōu)化改造的工藝路線為：鍋爐煙氣→前級預(yù)除塵器(現(xiàn)有電除塵器運(yùn)行一個電場)→循環(huán)流化床吸收塔→布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪排放。改造后的鍋爐煙氣側(cè)流程：鍋爐爐膛(爐內(nèi)脫硫不投)→SNCR脫硝→空氣預(yù)熱器→電除塵器→流化床吸收塔→布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→原煙囪。每套脫硫除塵系統(tǒng)由脫硫吸收塔、布袋除塵器系統(tǒng)、吸收劑制備與供應(yīng)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、流化、輸送系統(tǒng)等組成。

如圖1所示，鍋爐煙氣進(jìn)入前級除塵器(現(xiàn)有電除塵器)，除塵后煙氣進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)塔，在塔內(nèi)煙氣與呈流化狀態(tài)的吸收劑物料接觸，在噴水降溫共同作用下，煙氣中的SO3、SO2等酸性污染物質(zhì)完成反應(yīng)脫除。同時，湍動流化床塔內(nèi)，煙氣中細(xì)微粉塵顆粒和重金屬汞等物質(zhì)通過凝并作用，匯集成較粗顆粒，進(jìn)入后級配套布袋除塵器中，利用織密濾袋及表面濾餅層，兩級濾袋過濾后基本脫除。凈化后的含塵煙氣從脫硫吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向進(jìn)入脫硫后除塵器進(jìn)行氣固分離。該脫硫除塵一體化工藝可以高效完成脫硫除塵一體化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的。

工藝脫硫反應(yīng)原理如下[1]-[4]：

Ca(OH)2+SO2=CaSO3·0.5H2O+1/2H2O

(1)

Ca(OH)2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O

(2)

CaSO3·0.5H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O

(3)

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+ H2O

(4)

2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2·Ca (OH)2·2H2O

(5)

(>120℃時)

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

(6)

圖1 干式超凈脫硫工藝流程圖

3.3 改造方案

3.3.1 脫硫劑制備

煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝選擇生石灰作為吸收劑，吸收劑先進(jìn)入臥式雙軸攪拌干式消化器消化，再噴入吸收塔。消化后的消石灰粉，含水率可控制在1%范圍內(nèi)，其平均粒徑在10 μm左右，比表面積可達(dá)20 m2/g以上。

3.3.2 提升除塵效率的方法

在吸收塔入口與最底部一層噴淋層之間設(shè)置雙向均流裝置。雙向均流裝置可以實(shí)現(xiàn)氣、液雙向均流，是保證高效除塵的有效措施，同時也能提高脫硫效率。

①設(shè)置氣流雙向均流裝置來均布吸收塔內(nèi)的氣、液分布，運(yùn)行時裝置上保持一定的持液高度，降低煙氣速度偏差，可以使煙氣穿過均流裝置時，氣液兩相接觸良好，大幅增強(qiáng)傳質(zhì)效果；

②煙氣穿過液膜時，氣液接觸，可以起到吸收氣體中部分污染成分的作用，大部分粉塵被攔截下來，獲得較好的脫硫效率及除塵效率。

3.3.3 脫硫副產(chǎn)物的再循環(huán)利用

煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝的“循環(huán)”是指脫硫副產(chǎn)物的再循環(huán)利用，即把布袋除塵器收集的脫硫灰返回到吸收塔循環(huán)利用，其目的是使副產(chǎn)物中未反應(yīng)的吸收劑能繼續(xù)參加脫硫反應(yīng)，通過延長吸收劑顆粒的在塔內(nèi)的停留時間，以提高吸收劑的利用率、降低運(yùn)行費(fèi)用，同時也是為了滿足塔內(nèi)流化床建立足夠的床層密度的需要。只有在塔內(nèi)建立了足夠的床層密度，才能保證噴入的冷卻水能得到充分的蒸發(fā)，不會造成局部物料過濕而導(dǎo)致物料結(jié)塊，黏附在吸收塔壁和后續(xù)的布袋除塵器布袋上，造成脫硫系統(tǒng)工作不正常。

從吸收塔出來的含有較多未被反應(yīng)消石灰的脫硫灰，被氣流夾帶從吸收塔頂部側(cè)向出口排出，經(jīng)脫硫布袋除塵器進(jìn)行氣固分離，從布袋除塵器2個灰斗排出的脫硫灰大部分通過物料循環(huán)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后進(jìn)入吸收塔中，形成循環(huán)。

3.3.4 最終產(chǎn)物的處理

煙氣循環(huán)流化床脫硫法沒有廢水排出，只需要對灰進(jìn)行處理。

此方案年總排灰量13.5萬噸，其中除塵灰10萬噸，脫硫灰3.5萬噸。脫硫灰干態(tài)、無毒混合物，主要成分為粉煤灰、亞硫酸鈣和少量氫氧化鈣。但脫硫灰中存在不穩(wěn)定物質(zhì)，作為水泥添加劑來綜合利用存在一定的局限性，目前綜合利用的主要途徑為制磚。

4 結(jié)束語

遼寧某熱電廠的2臺440 t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣在脫硫除塵一體化提效優(yōu)化改造后，于2019年10月完成了168小時考核并投運(yùn)，運(yùn)行結(jié)果表明脫硫除塵工程設(shè)備/系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、正常、性能良好，各項(xiàng)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)兩臺機(jī)組已通過環(huán)保局驗(yàn)收，脫硫除塵整體驗(yàn)收監(jiān)測也已經(jīng)完成，性能考核試驗(yàn)順利完成。

表2機(jī)組脫硫除塵數(shù)據(jù)