超潔凈排放技術在某燃煤循環流化床鍋爐房中的應用

王 貞

（中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120）

城市集中供熱是城市經濟和社會發展的重要基礎設施，其發展水平是城市現代化的標志。我國集中供熱的主要熱源為熱電廠和區域鍋爐房，燃料以燃煤為主，但近年霧霾天氣引發社會重視污染治理問題。本文提出了對燃煤鍋爐房煙氣進行超潔凈處理的方案。

1 項目概況

某燃煤循環流化床鍋爐房位于青島原熱電廠內。青島市人民政府青政辦發〔2014〕24號《關于印發青島市加快清潔能源供熱發展若干政策的通知》規定：“青島市域內原則上不再新建傳統燃煤供熱項目，因條件限制確需新建的，按照‘一事一議’原則，提交市政府研究。”同時，該通知要求試點高效、潔凈燃煤供熱技術應用。因此，新建項目需要滿足超潔凈排放“煙氣中的污染物排放限值達到塵≤5 mg/Nm3，SO2≤35 mg/Nm3，NOx≤50 mg/Nm3”等環保指標。

該熱電廠靠近市中心，隨著地區的發展建設，周邊規劃均為居民住宅及商業區，熱源廠建設及運行過程中會對周邊的環境造成一定的影響。擴建熱源廠計劃安裝2臺116 MW循環流化床燃煤熱水鍋爐。

2 煙氣凈化工藝流程選擇

考慮到現今社會大氣環境問題的壓力及環保排放指標的日趨嚴格，同時響應青島市政府《關于印發青島市加快清潔能源供熱發展若干政策的通知》中的關于“試點高效、潔凈燃煤供熱技術應用”的要求，本工程的污染物排放標準采用超凈排放標準，即參照《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中的最高標準進行設計，本工程實施后采用的鍋爐大氣污染物排放限值如表1所示[1]。

表1 擴建工程實施后采用的鍋爐大氣污染物排放限值

2.1 煙氣脫硝工藝

2.1.1 脫硝工藝簡介

隨著國家經濟的發展及環境保護要求的提高，NOx的控制將是繼粉塵和SO2之后環保治理的重點。如果不加強控制NOx的排放量，將會對大氣環境造成嚴重污染。目前常用的是低氮燃燒、選擇性催化還原法脫硝技術（SCR）、選擇性非催化還原法脫硝技術（SNCR）和混合型煙氣脫硝（SNCR+SCR）。

（1）低NOx燃燒技術。低NOx燃燒技術主要是通過控制燃燒火焰溫度峰值、限制在火焰峰和反應區內的氧氣含量和停留時間或煙氣再燃燒等方法來減少NOx的形成，低NOx燃燒技術只有初期投資而沒有運行費用，是一種較經濟的控制氮氧化物的方法。

（2）選擇性催化脫硝工藝（SCR）。SCR技術是把氨基還原劑氣噴入鍋爐下游300～400℃的煙道內，在催化劑作用下，利用氨基還原劑的選擇性將煙氣中NOx還原成無害的N2和H2O。反應溫度、停留時間、還原劑與煙氣的混合程度、還原劑與NOx的化學計量比、逸出的NOx和NH3濃度等設計和運行因素影響SCR系統脫硝率的因素。脫硝效率可以高達95%，NOx排放濃度可控制在50 mg/Nm3以下。

（3）選擇性非催化脫硝工藝（SNCR）。SNCR技術是利用噴入系統的還原劑氨或者尿素將煙氣中的NOx還原為氮氣分子（N2）和水蒸氣。該方法首先將含氨基還原劑噴入爐膛800～1000℃溫度區域，高溫下熱解生成氣態NH3，沒有催化劑的條件下，NH3與NOx進行選擇性非催化還原反應，將NOx還原成N2與 H2O。

脫硝效率為25%～40%，不適合單一使用[2]。

（4）混合型煙氣脫硝（SNCR+SCR）。混合型SNCR+SCR技術是將SNCR與煙道型SCR結合，SNCR承擔脫硝和提供NH3的雙重功能，利用煙道型SCR將上游來的NH3與NOx反應完全，從而提高整體脫硝效率，彌補SNCR裝置效率有限的缺陷。SNCR+SCR混合型脫硝技術是近些年發展起來的技術，脫硝效率一般為50%～85%[3]。

2.1.2 脫硝工藝選擇

本工程采用循環流化床鍋爐燃燒技術，比較國內幾個鍋爐廠家，采用低氮燃燒技術后，鍋爐爐膛出口NOx排放濃度約180 mg/Nm3，為實現50 mg/Nm3的NOx控制目標，且考慮運行的經濟性，節省用地及投資，建議選用NOx排放濃度較低的鍋爐廠家，并采用SNCR+SCR混合型脫硝技術。SNCR+SCR聯合脫硝效率為75%，出口NOx控制在45 mg/Nm3，滿足超潔凈排放50 mg/Nm3要求。SNCR+SCR的還原劑采用氨水，利用熱電廠現有卸氨系統和氨水儲罐，同一期脫硝系統保持一致。

2.2 煙氣除塵工藝

2.2.1 除塵工藝簡介

（1）靜電除塵器。靜電除塵器的原理是含塵煙氣在直流高壓靜電場作用下發生電離，使粉塵荷電趨向并吸附在收塵極（陽極）表面，達到一定厚度后，通過機械捶打，使塵粒從收塵極表面脫落入灰斗，達到除塵的目的。

靜電除塵器的具有設備阻力小、效率高、占地面積大的特點。

（2）布袋除塵器。布袋除塵器是利用多孔過濾介質分離捕集氣體中固體粒子的凈化裝置，因此除塵效率穩定在99.95%以上。布袋除塵器經歷大氣反沖和回轉脈沖等清灰方式，技術逐步定型，為目前較為先進的低壓脈沖離線清灰方式。

2.2.2 除塵工藝選擇

靜電除塵器除塵效率高、阻力小、工程投資相對低，且靜電除塵器的電力由電廠廠用電提供，電價成本相對便宜，因此本項目推薦采用靜電除塵器，每臺鍋爐單獨配置靜電除塵器。考慮到該工程鍋爐選用循環流化床鍋爐，鍋爐出口煙氣含塵濃度一般小于11891 mg/Nm3，靜電除塵效率達到99.8%時，煙氣排放濃度只能降到23.8 mg/Nm3。為了達到超潔凈排放5 mg/Nm3的要求，本工程采用二級除塵，在靜電除塵后添加脫硫濕式電除塵一體化裝置，考慮到脫硫加藥增加煙氣含塵濃度，按照設計除塵效率83.4%計算，最終煙囪出口排放濃度≤3.9 mg/Nm3。

2.3 煙氣脫硫工藝

2.3.1 脫硫工藝簡介

燃煤排放的SO2是導致酸雨產生的主要原因之一，為此，加強燃煤鍋爐的SO2的污染防治是解決環境SO2污染的重中之重。目前，國內外應用廣泛的爐外煙氣脫硫技術主要有：濕法脫硫、煙氣循環流化床干法等脫硫工藝。技術比較如表2所示。

表2 爐外煙氣脫硫工藝比較

2.3.2 脫硫工藝選擇

為達到超潔凈排放的要求，控制SO2排放濃度在35 mg/Nm3以下，該項目脫硫工藝確定采用濕法脫硫。現熱電廠采用鈣法脫硫方式，故該擴建工程選擇鈣法脫硫。

2.4 脫硫除塵一體化

考慮到傳統的布袋除塵無法達到超凈排放中煙塵＜5 mg/Nm3的要求，以及濕法脫硫技術造成的“石膏雨”污染等問題，根據超凈排放標準要求，該項目采用脫硫濕式靜電除塵一體化技術，即在脫硫塔除霧器上部新增濕式電除塵器。對于主要污染物排放指標估算，該項目采用靜電除塵器、脫硫濕電除塵一體化裝置及SNCR+SCR混合型脫硝技術的整體排放指標效果如表3所示。

表3 煙氣污染物經各級處理過程的數據

本項目每臺鍋爐配1臺靜電除塵器和1套脫硫除塵一體設備，其綜合除塵效率≥99.97%。為減少SO2排放量，鍋爐尾部采用“石灰石-石膏法”濕法脫硫裝置進行脫硫，脫硫效率≥97%，采用SNCR+SCR法脫硝，脫硝效率為75%，經處理后，煙塵排放濃度≤ 5 mg/Nm3，SO2排放濃度≤ 35 mg/Nm3，NOx排放濃度≤50 mg/Nm3。

3 結論

工程應用表明，燃煤循環流化床鍋爐房要達到超潔凈排放的要求，需要綜合運用SNCR+SCR混合型脫硝、二級除塵、濕法脫硫等多種技術。

參考文獻

1 中華人民共和國環境保護部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB13223-2011 火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2011.

2 蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2006.

3 內蒙古電力科學研究院.SCR煙氣脫硝技術及工程應用[M].北京：中國電力出版社，2014.