高硫燃料煙氣干式超凈工藝技術應用

詹威全

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

高硫燃料煙氣干式超凈工藝技術應用

詹威全

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

廣州石化2×420t/h燃燒高硫石油焦燃料CFB鍋爐采用DSC-M煙氣干式超凈技術，對原有的LJD干法脫硫除塵凈化系統(tǒng)進行升級改造，并新增SNCR和COA協(xié)同脫硝裝置，升級后的凈煙氣排放均滿足最新“50355+530”超凈要求。實踐證明，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐配套DSC-M煙氣干式超凈技術是一種投資省、綜合凈化效益高的煙氣超凈路線，在燃燒高硫燃料的CFB爐具有廣闊的應用前景和推廣意義。

高硫石油焦；循環(huán)流化床鍋爐；超凈排放

前言

廣州石化是中國石化集團所屬特大型石化聯(lián)合企業(yè)，地處珠江三角洲中心。企業(yè)現(xiàn)有的以高硫石油焦為燃料（摻燒部分煤）的1#、2#循環(huán)流化床鍋爐（2×420t/h）新建時配套LJD干法脫硫除塵凈化裝置，分別于2007年12月及2009年4月建成投產(chǎn)，煙氣污染物排放均可滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2003）的要求，系統(tǒng)第一次升級改造后，排放滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）特別排放限值的要求。2014年初，針對廣州市政府要求所有燃煤電廠實現(xiàn)“50355”超凈排放的要求，該企業(yè)經(jīng)過論證，決定采用DSC-M煙氣干式超凈技術對原有的干法脫硫除塵凈化系統(tǒng)進行升級改造，以實現(xiàn)“50355+530”（即NOx＜50mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3、煙塵＜5mg/Nm3；SO3＜5mg/Nm3、Hg＜3g/Nm3）超凈排放且沒有廢水產(chǎn)生。

廣州石化2×420t/h燃燒高硫石油焦燃料CFB鍋爐煙氣干式超凈升級改造工程于2014年初開始實施，同年6月成功投運并移交生產(chǎn)。2015年7月以此項目為依托的DSC-M燃煤煙氣干式超凈技術與裝置通過國家技術成果鑒定，整體技術水平達到國際領先，并已在數(shù)十個電廠超凈項目得到推廣應用。

1 項目設計

1.1 工藝流程

該工程實現(xiàn)超凈排放的技術路線為：爐內脫硫及SNCR脫硝+爐后ESP1+流化床反應塔（含COA協(xié)同脫硝）+超濾布袋除塵器。工藝流程見圖1。

圖1 DSC-M煙氣干式超凈技術工藝流程圖

（1）爐內SNCR脫硝技術

SNCR脫硝工藝以鍋爐爐膛為反應器，通過氨水還原劑迅速熱分解出NH3并與煙氣中的NOx進行反應生成N2和H2O，實現(xiàn)NOx的脫除。其中運用計算流體力學（CFD）和化學動力學模型（CKM）為選取最佳還原劑噴射點提供支持。

（2）爐后循環(huán)氧化吸收（COA）協(xié)同脫硝技術

低溫循環(huán)氧化脫硝（COA）工藝為在新型流化床反應塔中加入脫硝劑，依靠其強氧化和催化作用，將NO轉化為NO2，再與反應塔內的鈣基吸收劑發(fā)生中和反應而進行協(xié)同脫硝，其反應方程式為：

1.2 設計參數(shù)

（1）燃料成分

該企業(yè)CFB爐的主燃料為廣州分公司煉油廠的高硫石油焦，硫含量非常高，為6.0%～6.7%，其成分分析見表1。

表1 石油焦成分分析表

（2）煙氣參數(shù)

該CFB爐空預器的出口煙氣參數(shù)見表2，爐內脫硫效率為92%，Ca/S為2.35。

表2 CFB爐出口煙氣參數(shù)

1.3 設計說明

該超凈項目新增煙氣脫硝系統(tǒng)（SNCR + COA工藝），對原LJD干法脫硫除塵凈化裝置的主要系統(tǒng)進行了升級改造，同時，為獲得穩(wěn)定優(yōu)質的吸收劑，每臺爐均新增設一套吸收劑制備系統(tǒng)，圖2為該CFB爐經(jīng)升級改造后的全景圖。

圖2 廣石化2×420t/hCFB爐超凈升級改造后全景

2 運行情況分析

2.1 NOx超凈排放控制

該CFB爐采用高硫石油焦和煤混合燃燒，所以鍋爐排放的NOx濃度波動較大。低負荷運行時，濃度處于150～250mg/Nm3范圍之內，滿負荷時，濃度高至350mg/Nm3。

綜合考慮運行成本，當原始NOx濃度較低時，僅投運SNCR脫硝裝置，即可實現(xiàn)NOx低于50mg/Nm3的超凈排放。圖3、圖4為該鍋爐初始NOx濃度為200mg/Nm3時，利用SNCR脫硝裝置可將鍋爐出口NOx的濃度降到35.7mg/Nm3，經(jīng)過脫硫除塵裝置后，NOx濃度進一步降至27.76mg/Nm3，SNCR脫硝效率高達80%以上。當NOx初始濃度較高時，為了實現(xiàn)NOx超凈排放，再投運COA脫硝劑添加系統(tǒng)，可將NOx的排放濃度穩(wěn)定控制在30mg/Nm3以下。圖5為鍋爐初始NOx濃度為320mg/Nm3時，利用SNCR+COA脫硝裝置可控制脫硫島最終出口NOx的排放濃度達到25.9mg/Nm3，COA脫硝效率達73%。

2.2 SO2超凈排放控制

該CFB鍋爐的主要燃料為煉油產(chǎn)生的石油焦，其含硫量高達6%～7%。為控制燃料含硫量在4.5%～5.0%，燃燒過程中需摻入無煙煤。通過爐內脫硫有效控制后，爐后的脫硫島入口SO2濃度為800～1500mg/Nm3。為實現(xiàn)SO2超凈排放控制，通過對原LJD干法脫硫除塵裝置的主要系統(tǒng)進行升級改造，同時針對煙氣特性，進一步優(yōu)化

運行工況，對床溫、壓降等參數(shù)進行精準控制，保證SO2的排放濃度穩(wěn)定在35mg/Nm3以下。圖6為該CFB爐脫硫島出入口SO2濃度波動曲線；圖7為1# CFB爐脫硫島入口SO2濃度為778.5mg/Nm3時，出口SO2濃度低至9.12mg/Nm3，脫硫效率高達98.8%。

圖3 廣石化CFB爐SNCR脫硝DCS界面

圖4 廣石化CFB爐脫硫系統(tǒng)協(xié)同脫硝DCS界面

圖5 廣石化CFB爐COA協(xié)同脫硝DCS界面

圖6 廣石化CFB爐脫硫島入口及出口SO2濃度波動曲線

（脫硫島入口SO2濃度778.5mg/Nm3，出口SO2濃度9.15mg/Nm3，脫硫效率98.8%）

2.3 煙塵超凈排放控制

該CFB鍋爐采用DSC-M超凈技術，通過流化床反應塔的噴水混合凝并后，煙氣中PM1等亞微米級的細顆粒幾乎絮凝為數(shù)十微米的粗顆粒，且新型流化床脫硫塔頂及出口等處采用穩(wěn)流特殊結構設計，保證了這些絮凝后的顆粒不易被破壞，有利于被后級布袋除塵器過濾。另外，該項目使用的布袋為高精細纖維濾袋，可進一步提高過濾效率。兩者的最佳組合，保證了出口煙塵穩(wěn)定實現(xiàn)小于5mg/Nm3的超凈排放。圖8為2014年7月4日廣石化1#CFB爐脫硫運行的DCS界面，其煙塵排放濃度僅為1.51mg/m3。

2.4 SO3及Hg超凈排放控制

DSC-M干式超凈裝置具有協(xié)同脫除硫酸霧（SO3）酸性氣體及Hg等重金屬污染物的多組分污染物協(xié)同凈化能

力。國家環(huán)境分析測試中心的檢測結果表明，廣州石化CFB爐超凈裝置在不添加任何吸附劑的前提下，硫酸霧（SO3）的脫除效率高達99%，出口濃度低至0.18mg/m3；總Hg脫除率達75.9%，出口濃度低至0.52μg/m3，遠優(yōu)于《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中對Hg及其化合物特別排放限值的要求（0.03mg/m3）和“超潔凈排放”的環(huán)保要求（3μg/m3）。

圖8 廣石化CFB爐超凈裝置DCS運行畫面

3 結語

廣州石化2×420t/hCFB爐的主燃料為高硫石油焦摻燒部分煤，在原始SO2濃度高達5000～9000mg/Nm3的情況下，經(jīng)過爐內脫硫后，進入爐后煙氣脫硫裝置的SO2濃度仍高達800～1500mg/Nm3；原始NOx濃度在150～350mg/Nm3之間波動。在高濃度的SO2和NOx入口條件下，采用DSC-M煙氣干式超凈技術（包括爐內SNCR脫硝+爐后脫硫脫硝除塵一體化）的工藝路線，使出口煙氣實現(xiàn)了“50355 + 530”超凈排放（NOx＜50mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3、煙塵＜5mg/Nm3，SO3（硫酸霧）＜5mg/Nm3、Hg＜3μg/Nm3，無廢水產(chǎn)生）。

DSC-M干式超凈技術在該項目的成功投運，充分證明該技術可以實現(xiàn)高硫燃料煙氣“50355 + 530”的最新環(huán)保要求。此外，CFB鍋爐配套煙氣干式超凈技術的煙囪無需防腐處理、無廢水產(chǎn)生、對煤種適應性強、運行及維護成本低，是一種投資省、綜合凈化效益高的煙氣治理創(chuàng)新技術，在我國燃燒高硫燃料（特別是石油焦和瀝青質）的CFB爐具有廣闊的應用前景和推廣意義。

Application of Dry-process Ultra-purifying Technology of High Sulfur Fuel Flue Gas

ZHAN Wei-quan
(Longjing Environment Technology Co., Ltd, Fujian Longyan 364000, China)

Sinopec Guangzhou 2×420t/h CFB boiler combusts high sulfur content petrol coke fuel and adopts the DSC-M dry-process ultra-low emission technology. The existing LJD dry FGD and purifying system are upgraded and reformed, SNCR and COA denitration devices are added so as to meet the latest demands of “50355+53” ultra-low emission.

high sulfur content petrol coke; CFB boiler; ultra-low emission

X701

A

1006-5377（2016）11-0051-04

國家“863”計劃（2013AA065403）。