440 t/h CFB鍋爐煙氣脫硫除塵系統提效優化改造

王樂為

(國家電投集團大連泰山熱電有限公司，大連 116021)

0 引 言

2014年9月12日，國家發展改革委、環境保護部、國家能源局聯合印發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，要求新建和現役燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到或接近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、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 mg/m3)。

根據集團公司的文件《關于印發集團公司煤電機組超低排放技術實施相關規定的通知》的要求，采用脫硫除塵協同一體化技術，相關指標確定見表1。

表1 脫硫系統主要工藝指標

而遼寧某熱電廠的兩臺440 t/h CFB鍋爐原有的脫硫系統采用石灰石粉作為原料，爐內噴鈣干法脫硫工藝，可以達到<200 mg/Nm3的環保排放標準。因此，遼寧某熱電廠推行煙氣超低排放改造工程的實施，通過新增的煙氣脫硫裝置，同時實現二氧化硫和煙塵達到超低排放。改造工程的實施是落實國家環保政策的要求，滿足火電廠大氣污染排放標準的要求。

1 設備現狀

遼寧某熱電廠現有2×135 MW超高壓雙抽供熱機組和2臺440 t/h循環流化床鍋爐，目前兩臺鍋爐均采用爐內噴鈣脫硫和電除塵器。脫硫工藝為流化床鍋爐爐內噴石灰石脫硫，脫硫系統與電廠配套建設。2014年，增加ROFA系統，通過爐內噴鈣脫硫，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。

2 及改造目標

2臺440 t/h循環流化床鍋爐煙氣脫硫除塵一體化提效優化改造計劃將原有脫硫除塵系統改造為煙氣循環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)，利用現有的爐內脫硫裝置，整體脫硫系統的按照收到基硫0.6%設計，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，全廠共2套。改造目標是實現煙氣超低排放，即改造后實現煙塵、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 煙氣循環流化床脫硫除塵改造方案

3.1 設計概述

此次煙氣脫硫除塵一體化提效優化改造采用煙氣循環流化床脫硫、除塵一體化工藝，工藝路線為煙氣循環流化床脫硫、除塵一體化超低排放工藝，按一爐一塔布置。利用現有的爐內脫硫裝置，整體脫硫系統中SO2濃度按燃煤收到基硫分0.6%設計，保證出口SO2排放小于35 mg/ Nm3(干標，6% O2)，粉塵排放小于5 mg/ Nm3(干標，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獨立的除塵室，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，材質為碳鋼，塔直徑7 m，安裝最高點標高52.8 m(1號吸收塔52.1 m)。吸收塔內設置進口單項流高壓回流式噴槍，使噴入的降溫水充分霧化，在物料顆粒表面形成液膜，為高效脫硫反應創造條件。噴槍布置在塔內返料口的下部，返料灰不會對其造成影響。噴槍的外防護套材料為316 L。脫硫塔底配備有灰斗，并配有外排螺旋輸送機。

吸收劑供應系統采用單元制，每爐設置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的物料采用加熱流化風進行流化。

3.2 脫硫除塵工藝路線

煙氣脫硫除塵一體化提效優化改造的工藝路線為：鍋爐煙氣→前級預除塵器(現有電除塵器運行一個電場)→循環流化床吸收塔→布袋除塵器→引風機→煙囪排放。改造后的鍋爐煙氣側流程：鍋爐爐膛(爐內脫硫不投)→SNCR脫硝→空氣預熱器→電除塵器→流化床吸收塔→布袋除塵器→引風機→原煙囪。每套脫硫除塵系統由脫硫吸收塔、布袋除塵器系統、吸收劑制備與供應系統、工藝水系統、流化、輸送系統等組成。

如圖1所示，鍋爐煙氣進入前級除塵器(現有電除塵器)，除塵后煙氣進入循環流化床反應塔，在塔內煙氣與呈流化狀態的吸收劑物料接觸，在噴水降溫共同作用下，煙氣中的SO3、SO2等酸性污染物質完成反應脫除。同時，湍動流化床塔內，煙氣中細微粉塵顆粒和重金屬汞等物質通過凝并作用，匯集成較粗顆粒，進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向排出，然后轉向進入脫硫后除塵器進行氣固分離。該脫硫除塵一體化工藝可以高效完成脫硫除塵一體化，實現節能增效的。

工藝脫硫反應原理如下[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

煙氣循環流化床脫硫工藝選擇生石灰作為吸收劑，吸收劑先進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，其平均粒徑在10 μm左右，比表面積可達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置雙向均流裝置。雙向均流裝置可以實現氣、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設置氣流雙向均流裝置來均布吸收塔內的氣、液分布，運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，大幅增強傳質效果；

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 脫硫副產物的再循環利用

煙氣循環流化床脫硫工藝的“循環”是指脫硫副產物的再循環利用，即把布袋除塵器收集的脫硫灰返回到吸收塔循環利用，其目的是使副產物中未反應的吸收劑能繼續參加脫硫反應，通過延長吸收劑顆粒的在塔內的停留時間，以提高吸收劑的利用率、降低運行費用，同時也是為了滿足塔內流化床建立足夠的床層密度的需要。只有在塔內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，不會造成局部物料過濕而導致物料結塊，黏附在吸收塔壁和后續的布袋除塵器布袋上，造成脫硫系統工作不正常。

從吸收塔出來的含有較多未被反應消石灰的脫硫灰，被氣流夾帶從吸收塔頂部側向出口排出，經脫硫布袋除塵器進行氣固分離，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調節閥調節后進入吸收塔中，形成循環。

3.3.4 最終產物的處理

煙氣循環流化床脫硫法沒有廢水排出，只需要對灰進行處理。

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、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定物質，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 結束語

遼寧某熱電廠的2臺440 t/h循環流化床鍋爐煙氣在脫硫除塵一體化提效優化改造后，于2019年10月完成了168小時考核并投運，運行結果表明脫硫除塵工程設備/系統運行穩定、正常、性能良好，各項參數及技術指標均達到超低排放標準要求。現兩臺機組已通過環保局驗收，脫硫除塵整體驗收監測也已經完成，性能考核試驗順利完成。

表2機組脫硫除塵數據