燃煤电厂超低排放设计与研究

胡盈彬

摘 要：本文主要针对烟气循环流化床技术以消石灰粉为脱硫剂的研究，利用在脱硫塔内，烟气中的酸性气体与加入的消石灰、循环灰中的消石灰成分发生反应，做了工艺用水降温，从而脱除SO2和SO3气体，排烟无需再加热，整个系统无需采取防腐措施。首先为了使脱硫塔在低负荷运行时保持最佳工作状态，其次设置了洁净烟气再循环系统，以保证烟气流量的稳定性。最后在CFB锅炉中，炉膛出口至分离器出口烟气基本上处于850-950的恒温状况，停留时间较长，一般为2-3秒，这为SNCR的实现提供了良好的环境。在此区域内，烟气与循环物料充分混合，且燃煤循环流化床锅炉中燃料灰富含铁、镍、铝等金属化合物的多孔介质，这些金属化合物对于氨还原NOX具有显著的催化作用，多孔介质为还原反应提供了活性位。

关键词：脱硫塔;消石灰;循环系统

引言

这些先进的反应条件，使得SNCR效率提高。低低温技术是通过在电除尘器前加装烟气换热装置，使烟气温度降到接近露点温度或以下，改善粉尘的荷电特性，提高扬尘效率。高效电源技术是提高电厂有效输入功率，从而提高电除尘器的电晕功率，从而提高除尘效率，降低烟尘排放浓度。协同脱硝系统循环流化床脱硝+SNCR脱硝，当NOx入口浓度过大时，可采用SCR脱硝技术。采用SCR技术时，会发生氨逃逸，产生硫酸氢铵，腐蚀空预器，不易于脱硫。SO3在烟气冷却器烟气降温过程中凝结，并被烟尘充分吸附和中和。

1、问题分析

SNCR工艺需要先将还原剂溶解稀释。喷枪雾化采用气力雾化，雾化介质采用压缩空气，雾化介质的作用是加强还原剂与炉内烟气混合，保证脱硝效果，提高还原剂利用率，减少尾部氨残留。所用煤种为高灰分煤（A>15%），故不能采用袋式除尘器。由于电除尘之后还有烟气脱硫装置。因此，除尘设备的出口烟气含尘量并不是最终排放的含尘量，不用过高的除尘效率。低低温技术是通过在电除尘器前加装烟气换热装置，使烟气温度降到接近露点温度或以下，改善粉尘的荷电特性，提高扬尘效率。高效电源技术是提高电厂有效输入功率，从而提高电除尘器的电晕功率，从而提高除尘效率，降低烟尘排放浓度。

2、模型的建立

机组超低排放所用技术路线为：炉内流化床燃烧脱硫-SNCR+SCR混合技术协同脱硝-高效低低温电除尘器-湿法脱硫-湿式电除尘。

烟气工艺流程：锅炉→SNCR+SCR脱硝→烟气冷却器→高效低低温电除尘器→湿法脱硫→湿式电除尘→烟气再热器→烟囱。

烟气循环流化床技术以消石灰粉为脱硫剂，在脱硫塔内，烟气中的酸性气体与加入的消石灰、循环灰中的消石灰成分发生反应，工艺水用于降温，从而脱除SO2和SO3气体，排烟无需再加热，整个系统无需采取防腐措施。同时为了使脱硫塔在低负荷运行时保持最佳工作状态，设置了洁净烟气再循环系统，以保证烟气流量的稳定性。炉中加入固体吸收剂或催化剂，与烟气中的SO2和NO2发生反应，然后在再生器中将S或N从吸收剂中释放出来。吸收剂可以重复循环使用，回收的硫进一步处理得到元素硫或硫酸等副产物，氮组分通过喷射氨或再循环至锅炉中分解为氨气和水。查阅资料可知该机组一年运行时间约为5500小时，每小时发电量为10×105kW?h，煤耗率为280g/（kW?h），故每小时煤耗量为3.57kg。每小时排烟量为1874288m3/h，锅炉效率为93%。烟气循环流化床同时脱硫脱硝技术是在烟气循环流化床脱硫技术的基础上，增加低温氧化脱硝工艺，一般采用的氧化剂有双氧水、亚氯酸钠等，在吸收塔内将难以与消石灰反应的NO氧化成容易反应的NO2，从而达到脱硝的目的。

现有的流化床脱硫脱硝技术研究中，探讨了影响高活性吸收剂脱除效率的各项影响因素，确定了工况条件。当（Ca/S+N）为1.1时，SO2脱除效率达92.3%，NOx脱除效率达60.8%。

在流化床中加入消石灰，与SO3反应生成CaSO4，以达到脱硫的目的。炉内固体颗粒处于流态状态下具有诸如气固和固固充分混合等一系列特殊气固流动，热量、质量传递和化学反应特性，使流化床燃烧易于实现炉内高效脱硫且出口NOx排放量低。SNCR脱硝工艺以炉膛为反应器，通过氨水还原剂迅速热分解出NH3并与烟气中的NOX反应生成N2和H2O，实现NOX的脱除。可运用计算流体力学（CFD）和化学动力模型（CKM）为还原剂喷射点的选取提供支持。还原剂喷射位置一般位于分离器进口至出口。

3、模型的求解

综合考虑运行成本因素，当原始NOX浓度较低时，仅投运SNCR脱硝装置，即可实现NOX低于50mg/m3的“超洁净排放”，则不投入使用SCR。若NOX的初始浓度较高时，为了实现NOX“超洁净排放”，将SNCR与SCR联合使用。在CFB锅炉中，炉膛出口至分离器出口烟气基本上处于850-950的恒温状况，停留时间较长，一般为2-3秒，这为SNCR的实现提供了良好的环境。在此区域内，烟气与循环物料充分混合，且燃煤循环流化床锅炉中燃料灰富含铁、镍、铝等金属化合物的多孔介質，这些金属化合物对于氨还原NOX具有显著的催化作用，多孔介质为还原反应提供了活性位。这些先进的反应条件，使得SNCR效率提高。

脱硫剂为石灰粉与水配置的悬浮浆液。在吸收塔内烟气的SO2余石灰浆液反应后生成亚硫酸钙，并就地强制氧化为石膏。经石膏派出泵送至石膏旋流器，石膏旋流器浓缩后的底流进入真空皮带脱水机脱水后成石膏。旋流器顶流进入滤液池返回吸收塔。

石灰石湿法脱硫工艺自动化程度高和脱硫效率比较高，工艺成熟、运行稳定，可以有效降低作业人员的劳动强度，提高工作效率。湿式电除尘作为颗粒物控制的终端技术，能够有效去除PM2.5、SO3酸雾、重金属汞、石膏等多种污染物。不受粉尘比电阻影响，可捕集湿法脱硫产生的衍生物，消除石膏雨。

结论

循环流化床脱硝+SNCR脱硝，当NOx入口浓度过大时，可采用SCR脱硝技术。采用SCR技术时，会发生氨逃逸，产生硫酸氢铵，腐蚀空预器，不易于脱硫。SO3在烟气冷却器烟气降温过程中凝结，并被烟尘充分吸附和中和。低低温高效电除尘器中，SO3可被吸附在烟尘表面，被除尘器除去。湿法脱硫可有效控制SO3，去除效率大于87%。烟气冷却器可降低除尘装置入口烟温，使烟气体积流量、烟速和飞灰比电阻降低，有利于除尘。湿法脱硫可降低吸收塔出口的野地携带量，提高湿法脱硫装置的除尘效率;优化的除雾器和喷淋层设计可达到较高的除尘效率。

参考文献

[1] 周忠亮.烟气循环流化床同时脱硫脱硝运行分析和数值模拟[D].浙江理工大学，2019.

[2] 赵毅，马双忱，黄建军等.烟气循环流化床同时脱硫脱氮试验研究[J].中国电机工程学报.2005，25（2）：121-124.