循环流化床锅炉烟气脱硫系统超低排放改造实践与探讨

常波

摘 要：当前环保政策日益严格，部分已完成脱硫改造投运运行机组又面临着新一轮的超低排放改造，以某电厂机组循环流化床锅炉半干法脱硫系统为例，通过测试一系列实验参数，掌握该机组脱硫装置主要性能，并结合下阶段即将开展的超低排放改造工程关键参数要点进行分析与探讨，提出相应的意见与解决措施。

关键词：火电厂;烟气脱硫;半干法;超低排放

一、项目简介

陕西黄陵电厂二期 2×240t/h 循环流化床锅炉，机组满负荷二氧化硫排放浓 度分别约为1000mg/Nm3，结合现有炉内喷钙系统+半干法脱硫系统能实现 200 mg/Nm3 以下，随着环保标准的提高，面临着实现 NOx 超低排放的压力，计划进行锅炉二氧化硫超低排放改造，达到超低排放指标SO2浓度<35mg/m3，降低石灰石用量，实现环保达标排放。

二、目前CFB机组存在问题

1） CFB脱硫工艺长期未投入使用，目前半干法脱硫建床不稳定;

2）CFB脱硫系统效率较低，未能不能达到超低效果;

三、脱硫改造工艺路线

脱硫除尘：锅炉原始烟气SO2排放浓度～2000mg/Nm3，煙气标况流量为310000Nm3/h。现有炉内脱硫+循环流化床脱硫处理后，SO2排放浓度降低到～200mg/Nm3。本次脱硫改造采取优化炉内脱硫+新型半干法多级增湿超净脱硫技术工艺。优化炉内喷钙脱硫，提升脱硫效率到65%。另外对现有的循环流化床脱硫进行升级改造，采用新型半干法多级增湿超净脱硫技术，有效延长浆滴处于高速离子反应的时间，提高了污染物脱除效率。系统污染物净化效率高，脱硫效率在 95%以上，最高可达 98%;排烟温度高（70～150℃），直接达到烟气消白效果。并对现有布袋除尘器进行改造，在原有的除尘器壳体基础上，进行壳体扩大（除尘器出口端面加长除尘器），增加新的滤袋，扩大除尘器的过滤面积，降低除尘器流速到0.7m/min，从而保证本项目的粉尘排放要求（10mg/Nm3）。

另外考虑到锅炉出口烟气温度过高（160～180℃），为了降低后续半干法脱硫的喷水量，并充分利用余热，在锅炉出口增设低温省煤器。

综合考虑，新型半干法多级增湿超净脱硫+低氮改造+SNCR脱硝工艺是适宜黄陵矿业煤矸石发电有限公司2×240t/h CFB炉的烟气脱硫脱硝除尘超低改造技术。

四、工艺改造内容

某公司利用自主研发的半干法烟气净化试验平台，研究发现了多级增湿对吸收剂临界水分及脱硫反应活性的调控机制和规律、吸收剂组分对多种污染物协同脱除的影响等，在国际上首次提出了多级增湿强化与多种污染物协同脱除相结合的新方法，发明了节水高效多种污染物协同脱除的半干法烟气超净新技术，可实现对烟气中 SO2、NOx、HCl、重金属和有机物等多种污染物的高效协同脱除。

本技术成果属于能源与环保领域，是一项具有完全自主知识产权的半干法烟气净化新技术，可以应用于电厂燃煤锅炉、垃圾焚烧锅炉、工业锅炉和烧结机等的烟气净化。主要技术特点及优势如下：

· 系统采用多级增湿技术，在不增加水耗的前提下可有效延长浆滴处于高速离子反应的时间，充分利用了反应塔的有效高度， 提高了污染物脱除效率;

· 排烟温度高（70～150℃），直接达到烟气消白效果。

· 系统污染物净化效率高，脱硫效率在 90%以上，可达 98%;

· 系统适用范围广，可实现对 SOx、NOx、HCl、HF、重金属、二噁英类物质、烟尘等多种污染物的高效协同脱除;

· 系统对吸收剂适应性强;可采用废碱液等作为吸收剂;

· 反应产物为干态，易处理，且无废水排放;

· 系统采用清洁烟气循环技术，能适应烟气负荷在 40%～110%范围变化，以保证烟气波动时半干法烟气净化系统的稳定运行;

· 系统占地面积小，阻力小，自动化程度高，投资和运行费用低，

· 长期运行经济性好;

· 系统简单、美观，运行环境干净，对主体正常运行无不利影响。

MCFBA技术特点：

1）多级增湿

传统半干法脱硫技术一般采用单级增湿，导致塔内液相离子反应时间短、有效吸收反应区高度利用不足、液固相混合不均造成局部过湿易引起粘壁。为此，ITPE提出了多级增湿优化调控塔内吸收剂湿度技术。采用多级增湿技术可以合理分配水分，把反应前期的一部分水放在后面的阶段，使吸收剂在一定时间内的含湿量总是大于临界含湿量，延了恒速干燥阶段，有利于提高脱硫效率。同时，多级增湿还可以保持整个反应过程的水分均匀性，防止局部湿度过大引起的粘壁和堵塞现象。

2）高循环倍率

高循环倍率在塔内可形成密相颗粒反应床，强化了颗粒间的相互作用和传质过程，不仅可以提高系统的脱硫效率，还可以大大提高吸收剂的利用率。MCFBA吸收塔出口烟气送至除尘器系统除尘后排放，除尘器系统收集下来的粉尘中99%以上通过再循环灰系统送入吸收塔，因此吸收剂颗粒的循环次数甚至可超过100次。

3）良好的流场

对MCFBA来说，保持吸收塔内的良好流场，不仅可以防止局部磨损和结垢，同时还有利于提高塔内传质与反应，因此非常重要。基于CFD技术，MCFBA工艺在塔底烟道变向部位处加设适当的导流板，在塔内设置构件强化内循环。

2.2吸收塔

烟气在吸收塔内上升的过程中，不断形成聚团物向下返回，而聚团物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，由于摩擦和碰撞作用，使固体颗粒表面生成物的固形物外壳被破坏，里面未反应的新鲜颗粒暴露出来继续参加反应。反应后的含尘气体由吸收塔顶部的烟气出口排出，并进入吸收塔后的除尘器系统。经除尘器系统除下的固体颗粒物落入船形灰斗，其中大部分颗粒物回送入塔继续参加反应，形成高浓度密相循环，强化了吸收塔内的气固传热、传质过程，反应效率、反应速度得到大幅度提高。通过循环回到吸收塔内的这些固体颗粒物中含有大量未反应完全的吸收剂，所以吸收塔内实际钙硫比远远大于表观钙硫比。MCFBA技术采用了多级增湿技术，雾化增湿水分级进入吸收塔内，可以保持塔内湿度的均匀性。由于吸收塔内多级增湿和高密相反应区的配合，有效防止了塔的结垢和堵塞，同时还可增大烟气与含湿吸收剂的接触面积，并有效地将气固反应转化为离子反应，从而实现高污染物净化效率。经过吸收塔和除尘器系统脱除掉大部分污染物的净烟气由二次引风机引入烟囱并排到大气中。

五、结论

新型半干法多级增湿超净脱硫技术工艺是在原有烟气循环流化床半干法工艺技术基础上，进一步进行创新应用。黄陵电厂采用的新型半干法多级增湿超净脱硫技术工艺的优化应用，提高系统的脱硫率、可靠性等，既响应了国家环保政策，又降低了工程投资，为烟气超低脱硫提供了借鉴。