循環流化床鍋爐超低排放改造分析及應用

王剛，林歡

（永清環保股份有限公司，長沙 410330）

循環流化床鍋爐因具有燃料適應性廣、燃燒效率高、負荷調節范圍大、節能環保等優點，在清潔煤技術領域得到廣泛應用[1，2]。部分循環流化床鍋爐燃料煤矸石占比較大，煙氣中SO2含量高。隨著環保政策的不斷升級，原有的循環流化床鍋爐排放的污染物無法滿足新的超低排放標準，需要對其進行技術改造。文章以某2×130t/h 循環流化床鍋爐脫硫脫硝除塵一體化改造為例，深入分析了循環流化床鍋爐超低排放技術，為超低排放改造提供了參考。

1 工程概況

某2×130t/h 循環流化床鍋爐，2014 年進行了脫硫脫硝節能減排改造，采用“鍋爐爐膛SNCR 脫硝+布袋除塵器+雙堿法脫硫+煙囪”的工藝路線，但無法滿足最新超低排放標準（NOx、SO2、顆粒物出口濃度分別低于50mg/m3、35mg/m3、10mg/m3），需進行超低排放一體化改造。改造前污染物參數及改造后污染物排放標準如下表所示。

鍋爐煙氣及污染物參數

2 脫硝改造

2.1 技術分析

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術不需要使用催化劑，通過氨水或尿素等還原劑可將NOx還原為水和氮氣，適合的溫度為800℃—1150℃。作為SNCR 脫硝還原劑的氨需在適宜的溫度區間內加入，如果溫度過高，氨易被氧氣直接氧化，降低還原劑的利用率；如果溫度過低，反應速度慢，氨的反應不充分，會產生氨逃逸堵塞空氣預熱器，也會加劇設備的腐蝕[3，4]。影響SNCR 脫硝技術效率的主要因素還有反應物在反應容器中的停留時間、煙氣與還原劑的混合程度、NH3/NOx摩爾比。SNCR 脫硝設備簡單，成本較低，不需要使用催化劑，但缺點是還原劑消耗高，脫硝效率低，僅為20%—40%。

選擇性催化還原（SCR）脫硝技術是指在催化劑和氧氣的條件下，通過NH3、CO 等還原劑將NOx還原為水和氮氣，適合溫度為300℃—420℃。SCR 脫硝技術的脫硝效率可達80%—90%，技術成熟，運行可靠，而且不會產生二次污染，但缺點是投資和運行費用高，催化劑容易堵塞及磨損、腐蝕設備。

2.2 SNCR+SCR 脫硝改造

本項目脫硝改造利用原有SNCR 脫硝系統，增加了SCR 脫硝部分。新增SCR 脫硝裝置將脫硝催化劑布置于上級省煤器和下級省煤器之間，實現SNCR+SCR 聯合脫硝（見圖1）。SNCR+SCR 脫硝改造結合了兩種工藝的優點，既能降低投資，節省空間，又能實現超低排放。爐膛高溫位置的SNCR 裝置噴射還原劑，使NOx的脫除效率達到30%—40%。在鍋爐的尾端高溫段加裝SCR 裝置，實現高溫SCR 脫硝，脫硝效率達到40%—50%。SNCR+SCR 聯合脫硝可實現約70%的脫硝效果，出口NOx濃度≤50mg/Nm3。

圖1 SCR 脫硝裝置布置圖

3 脫硫改造

3.1 技術分析

本工程的鍋爐燃料含有一定比例的煤矸石，電廠采購的煤矸石含硫量較高，導致鍋爐排放煙氣中SO2濃度高，原有工藝無法滿足排放要求。對于煙氣中SO2含量高的工程，一般可采用雙循環脫硫系統來提高脫硫效率和石膏轉化率[5]。雙循環脫硫系統有單塔雙循環脫硫和雙塔雙循環脫硫。

單塔雙循環脫硫技術是指煙氣在一個吸收塔內實現2 次脫硫。吸收塔分為上下兩級循環區。下部的一級循環區主要是起到預吸收和提高石膏品質的作用。一級循環區pH 值為4.6—5.3，脫硫效率為35%—36%。上部的二級循環區漿液pH 值為5.8—6.4，高pH 值能提高脫硫效率，同時降低系統液氣比和能耗。一級和二級循環區綜合脫硫效率可達99%以上。單塔雙循環系統占地小，適合空間有限的項目改造。

雙塔雙循環脫硫技術是指煙氣通過一個吸收塔后，再進入第二個吸收塔。兩個吸收塔是串聯的關系。煙氣通過第一個吸收塔后，可以實現約50%的脫硫效率。煙氣通過第二個吸收塔后，可實現99.3%以上的脫硫效率。根據本工程現場條件，可利舊設備情況、操作難度和運行靈活度，最終確定采用雙塔雙循環工藝。

3.2 雙塔雙循環脫硫改造

本項目兩臺機組共用一套脫硫系統，利用原有雙堿法脫硫塔的一級塔作為新脫硫系統的一級塔，改造塔內噴淋裝置，設置2 層噴淋層（噴淋覆蓋率250%），塔外部增加檢修通道。因原有吸收塔無漿池，故本次新增吸收塔塔外漿池及攪拌器。原雙堿法二級塔不能滿足本次改造要求，故將原二級塔隔離后改造為事故漿液箱使用。

在一級塔旁邊的空場地新建二級塔，雙循環脫硫布置如圖2 所示。二級塔主要設計原則如下：

圖2 雙塔雙循環脫硫裝置布置

（1）二級塔塔內漿池停留時間按4min 設計。

（2）為提高系統脫硫和除塵效率，在吸收塔入口上方和最下層噴淋層之間設置一層篩板式托盤，托盤材質為2205 不銹鋼。

（3）二級塔設置6 臺漿液循環泵，塔內設置6 層噴淋層，單層噴淋覆蓋率不低于300%。采用高效噴嘴，噴淋層噴嘴根據不同層高和位置進行差異化布置，提高脫硫和除塵效率。

（4）噴淋層上方安裝高效除霧器，高效除霧器除滿足除霧要求外，對系統除塵效果有一定提升作用。

（5）吸收塔氧化空氣采用管網式注入方式，管網材質為2205 不銹鋼。

（6）通過計算機輔助設計，利用流場分析軟件，優化煙道布置并指導噴淋層布置。

（7）二級塔采用塔頂煙囪。

4 除塵協同除霧改造

4.1 技術分析

超低排放除塵協同除霧技術主要有濕式除塵器、脫硫除塵一體化技術等。

濕式靜電除塵器是通過高壓電離使粉塵帶電，通過陽極板和陰極線收集粉塵。濕式靜電除塵器主要有不銹鋼材質的板臥式濕電除塵器和管立式濕電除塵器。板臥式濕電除塵器占地面積大、投資高，適合新建的大型工程。管立式濕電除塵器結構緊湊，可獨立安裝，也可加裝在吸收塔上，但對吸收塔承重有一定要求。濕電除塵器除塵效率高，二次污染小。

脫硫除塵一體化技術利用吸收塔噴淋層、噴淋層下方的一層托盤以及在吸收塔頂上加裝高效除霧器實現脫硫和除塵的目的。高效除霧器除了能降低濕法脫硫后煙氣的含水量外，還能協同去除煙氣中部分顆粒物和粉塵。根據除霧器的布置形式，可分為屋脊式除霧器（可選配一級管式）、平板式除霧器、管束式除霧器[6]。平板式除霧器投資少，結構簡單，便于維護，但當出現液膜溢流時，會大大降低除霧器效率，不能滿足超低排放要求。三級屋脊式除霧器或管束式除霧器在超低排放項目中應用較多，具有沖洗效果好、安裝方便、結構緊湊等特點，但造價比平板式除霧器高。

4.2 除塵協同除霧改造

本項目綜合考慮煙氣含塵量、指標要求及系統阻力后，確定在二級吸收塔的出口段設置高效除霧器（采用一級管式+三級屋脊式除霧器）（見圖3）。噴淋層產生的大霧滴中85%的粒徑達到500mm 以上，管式除霧器安裝在第一級，主要對大霧滴進行攔截，同時可以大幅降低除霧器的液氣比，具有良好的煙氣均布作用。第二級采用三級屋脊除霧器，其具有流線型葉片且帶鉤設計，極限霧滴可達18μm，滿足除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量低于20mg/Nm3、煙塵濃度低于5mg/Nm3的要求。

圖3 三級管式+三級屋脊式除霧器

5 運行情況

改造后的工藝路線見圖4。

圖4 改造后的工藝路線

采用SNCR+SCR 聯合脫硝可保證煙氣出口NOx濃度≤50mg/Nm3。采用“布袋除塵器+濕法脫硫（含一層托盤）+高效除霧器”聯合脫硫除塵除霧可保證煙氣出口SO2濃度≤35mg/Nm3、粉塵濃度≤5mg/Nm3，除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量小于20%。改造后設備運行穩定，滿足超低排放要求。