循環流化床鍋爐煙氣超低排放改造技術路線分析

葉偉平，邱國銘，杜振，魏宏鴿，張楊，朱躍

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.沈陽金山能源股份有限公司，遼寧沈陽110006）

循環流化床鍋爐煙氣超低排放改造技術路線分析

葉偉平1，邱國銘2，杜振1，魏宏鴿1，張楊1，朱躍1

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.沈陽金山能源股份有限公司，遼寧沈陽110006）

對循環流化床鍋爐實現超低排放改造的脫硫、脫硝和除塵技術進行綜合分析比較，并分析了超低排放改造的投資和運行成本，從而提出了循環流化床鍋爐實現超低排放的技術路線，為循環硫化床鍋爐實施超低排放改造提供參考。

循環流化床鍋爐；脫硝；脫硫；除塵；超低排放

0 引言

煙氣超低排放是指燃煤機組的煙氣主要污染物（SO2、N Ox和煙塵）排放達到《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）[1]中燃氣輪機組排放限值，即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別不高于5m g/m3、35m g/m3、50m g/m3。在環保要求日益嚴格的形勢下，各地方政府均在國家相關政策的基礎上對燃煤機組提出了更高的環保目標。而由于循環流化床機組本身的特殊性，實現超低排放的技術路線也是不一樣的，因此本研究分析了循環流化床機組常規超低排放改造技術路線，分析了實現煙氣超低排放改造的投資和運行成本，從而提出循環流化床鍋爐煙氣超低排放的適用條件。

1 常規改造技術路線

1.1 脫硫工藝

當前燃煤電廠脫硫工藝主要包括爐內噴鈣脫硫、濕法煙氣脫硫和半干法脫硫[2-5]。

（1）爐內噴鈣脫硫:在普通煤粉爐中，當Ca/S為2-3時，脫硫效率僅為50%左右。在循環流化床爐中，當Ca/S為1.5-2.5時，脫硫效率可達到80%-90%。目前爐內噴鈣脫硫主要應用在循環流化床爐。

（2）濕法煙氣脫硫:濕法煙氣脫硫技術成熟，效率高，運行可靠，操作簡單，脫硫副產物可綜合利用。以石灰石-石膏濕法應用最廣，國內應用比例約90%，其主要優點:1）脫硫效率可達95%以上；2）對燃煤硫份和機組容量的適應性強。

（3）半干法脫硫:半干法煙氣脫硫主要以循環流化床煙氣脫硫（CFB-FGD）技術為主，其主要優點:1）對SO3、H Cl、H F具有一定協同脫除作用；2）可以將脫硫和除塵有效結合；3）脫硫排煙溫度較高，煙囪無需特殊防腐且避免“白煙”；4）無脫硫廢水產生。

表2 煙氣脫硝技術比較

表1 不同脫硫工藝技術經濟比較

1.2 脫硝工藝

適用于循環流化床鍋爐的成熟的氮氧化物控制技術主要有爐內低氮燃燒控制技術（LN B）和爐外SCR脫硝技術、SNCR脫硝技術和SN CR/SCR脫硝技術[6，7]。其中由于鍋爐自身旋風分離器的結構，為煙氣與還原劑的充分混合提供前提條件，SN CR脫硝技術應用在循環流化床爐上的脫硝效率相對較高，一般為70%，最高可達75%。因此該技術已成為當前流化床鍋爐脫硝改造的主流技術。

1.3 除塵工藝

適應循環流化床鍋爐超低排放的除塵技術主要包括前端本體除塵技術和終端除塵技術[8]，其中前端本體除塵技術主要為電袋/袋式除塵技術，終端除塵技術包括濕式電除塵技術和濕法脫硫裝置協同除塵技術，袋式除塵器在循環流化床的應用較為廣泛，已成為循環流化床鍋爐前端除塵設施的首選。

電袋/袋式除塵技術袋式除塵部分通過濾布纖維及其表面形成的粉塵層對煙塵的碰撞攔截作用除塵，具有除塵效率高、煙塵排放濃度小（＜20m g/m3）的特點，部分技術采用新型超細纖維濾袋或覆膜濾袋，除塵器煙塵濃度可小于10m g/m3。目前部分電袋/袋式除塵器存在濾袋長時間運行后除塵器整體運行阻力超設計值、煤粉爐濾袋壽命達不到設計值等問題。

濕式電除塵器原理與干式電除塵器相同，采用液體沖刷清洗極板。主要用于脫除微細顆粒物（包括氣溶膠）、硫酸霧、重金屬等，一般設計入口粉塵濃度不大于30m g/m3，出口粉塵排放可達到5m g/m3以下，是當前技術條件下實現超低排放的可靠途徑。設備投資較高，燃煤電廠應用業績少、國內應用時間短，極線極板腐蝕及高入口粉塵濃度情況下極板結垢情況有待于進一步驗證，部分技術水耗高、廢水須處理。

圖1 循環流化床爐不同脫硫工藝經濟性分析

圖2 入口N O x濃度對脫硝系統投資和單位造價的影響（兩臺機組）

2 改造投資與運行成本

2.1 脫硫改造投資與成本

比較爐內噴鈣聯合爐外濕法煙氣脫硫和直接爐外濕法煙氣脫硫兩種技術方案（見圖1），直接爐外濕法脫硫工藝較爐內聯合爐外濕法煙氣脫硫工藝投資高，但綜合考慮爐內噴鈣對粉煤灰的配品質影響，經測算增加投資的投資回收期為0.53-2.77a。當入口SO2濃度≤2300m g/m3時，脫硫系統采用單塔工藝，此時回收期較短（＜1a），當入口SO2濃度＞2300m g/m3時，脫硫系統需采用串塔工藝，此時投資回收期有所增長。如不考慮粉煤灰的銷售，則投資回收期整體有所增長。當入口SO2濃度增大時，投資回收期逐步減小；當SO2濃度＞2300m g/m3時，采用串塔工藝，投資回收期變大，達到近12.9a；其后當SO2濃度進一步增大時，投資回收期逐漸減小。不同等級循環流化床機組的規律較類似。

2.2 脫硝改造投資與運行成本

循環流化床鍋爐脫硝的投資造價水平較低，200M W等級機組單位造價約為61-68元/kW，300M W等級機組單位造價約為48-56元/kW。由于均按采用SNCR/SCR工藝考慮，不同入口N Ox濃度對脫硝系統投資略有影響，但影響不大。

跟重點地區特別排放限值標準相比，投資方面，當入口N Ox濃度分別為200m g/m3和300m g/m3時，2× 200M W等級機組投資分別增加1130萬元和1240萬元；2×300M W等級機組投資分別增加1405萬元和1735萬元，入口NO x濃度對投資增加略有影響。

成本方面，入口NO x濃度對成本增加有一定影響。入口濃度分別為200m g/m3和300m g/m3時，200M W等級機組脫硝成本約增加3.23元/M W h和4.40元/M W h； 300M W等級機組脫硝成本約增加2.85元/M W h和4.18元/M W h。

2.3 除塵改造投資與運行成本

按袋式除塵器聯合濕式電除塵器工藝考慮，2× 200M W等級機組除塵投資約為0.67-0.71億元，單位造價168-178元/kW。2×300M W等級機組除塵投資約為0.83-0.87億元，單位造價138-145元/kW。入口煙塵濃度對造價的影響較小，當入口煙塵濃度從30g/m3增大到80g/m3時，造價增長5% -16%。

循環流化床鍋爐煙塵超低排放改造投資額不隨初始煙塵濃度變化而變化，2× 200M W和2×300M W等級機組投資增加3800萬元和4600萬元，運行成本增加2.47元/M W h和3.15元/M W h。

圖3 N O x超低排放增加投資和成本受入口N O x濃度的影響（兩臺機組）

圖4 入口煙塵濃度對除塵系統投資和單位造價的影響（兩臺機組）

圖5 煙塵超低排放增加投資和成本受入口煙塵濃度的影響（兩臺機組）

3 結語

（1）循環流化床鍋爐SO2超低排放應以爐外濕法煙氣脫硫技術為主。當燃煤折算硫份＞0.17%時，需考慮爐內聯合爐外脫硫或者純爐外濕法脫硫工藝；當燃煤折算硫份≤0.83%時，可采用爐內噴鈣脫硫聯合爐外半干法煙氣脫硫，此時爐內脫硫效率可按80%控制。當燃煤折算硫份＞0.83%時，宜考慮爐內噴鈣脫硫聯合爐外濕法煙氣脫硫或純濕法煙氣脫硫工藝。

（2）循環流化床爐當燃燒生成NO x濃度＜200m g/m3時，宜采用SNCR脫硝工藝；當燃燒生成N Ox濃度≥200m g/m3時，宜采用SN CR/SCR脫硝工藝。針對流化床鍋爐灰量較大的特點應考慮定制大節距的板式催化劑，且需停運爐內噴鈣脫硫以避免高鈣飛灰導致催化劑失活。基建項目如僅采用SN CR，則應考慮預留煙道型SCR布置空間。

（3）循環流化床鍋爐前端本體宜優先采用電袋/布袋除塵工藝。終端除塵技術目前主要采用濕式電除塵器，但利用濕法脫硫裝置協同除塵實現超低排放是發展方向。針對煙塵濃度5m g/m3的限值，宜通過袋式除塵器等措施控制除塵器出口煙塵濃度不大于20m g/m3。經過濕法脫硫系統協同洗塵或濕式電除塵器達到煙塵超低排放目標。

[1]G B 13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].

[2]程亮，劉宇，李華民，等.循環流化床脫硫技術在我國的應用[J].江西能源，2008,（01）：54-57.

[3]李若萍.循環流化床干法煙氣脫硫技術的應用[J].江西電力，2009，（01）：32-34.

[4]管維佳.循環流化床煙氣脫硫技術經濟評價[J].廣東化工，2008，（10）：90-92.

[5]張軍，劉贊，邢夢林，等.循環流化床鍋爐脫硫效率的探討[J].環境科學與管理，2012，37（08）：66-67.

[6]路濤，賈雙燕，李曉蕓.關于煙氣脫硝的SN CR工藝及其技術經濟分析[J].現代電力，2004，（01）：17-21.

[7]韓丁，石福渠，石秀書.SN CR脫硝技術在循環流化床鍋爐上的應用[J].電站系統工程，2012，（05）：35-36.

[8]陳明華，聶井會，孫芹芹.循環流化床鍋爐脫硫除塵技術應用與實踐[J].能源環境保護，2013，（01）：35-37.

Analysis for the Technology Roadmap of Flue Gas Ultra Low Emission in CFB

YE Wei-ping1，QIU Guo-ming2，DU Zhen1，WEI Hong-ge1，ZHANG Yang1，ZHU Yue1
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Shenyang Jinshan Energy Limited by Share Ltd，Shenyang 110006，China）

The papercom pared the desulfurization，denitrification and dustrem ovaltechnology ofultra-low em ission in CFB.analyzed the investm entand operating costs to achieve ultra-low em ission in CFB.Thus proposed the technology roadm ap to achieve ultra-low em issions for CFB，and guided the im plem entation ofultra-low em ission transform ation for CFB.

CFB；denitrification；desulfurization；dust；ultra-low em ission

TM 621.2

B

2095-3429（2017）02-0034-04

2017-01-10

修回日期:2017-04-14

葉偉平（1967-），男，浙江遂昌人，大專，工程師，主要從事火電廠煙氣污染物綜合治理技術的應用工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.008