350MW超臨界循環(huán)流化床機(jī)組脫硫超低排放技術(shù)路線對(duì)比分析

賀建平

（神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司，山西忻州036501）

0 引言

河曲CFB電廠建設(shè)了兩臺(tái)350 MW超臨界循環(huán)流化床機(jī)組，采用東方鍋爐有限公司1 150 t/h超臨界一次中間再熱的循環(huán)流化床直流鍋爐、凝汽式汽輪機(jī)和水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)，冷卻方式為表凝式間接空冷。超低排放技術(shù)路線采用源頭抑制、過程治理相結(jié)合方式，鍋爐采用低床溫、低床壓技術(shù)抑制污染物的產(chǎn)生。通過對(duì)爐內(nèi)噴鈣+循環(huán)流化床干法脫硫工藝與爐內(nèi)噴鈣+石灰石-石膏濕法脫硫兩種技術(shù)路線進(jìn)行對(duì)比分析，最終配套采用爐內(nèi)噴鈣+SNCR脫硝+靜電除塵+循環(huán)流化床干法脫硫工藝+布袋除塵的過程治理技術(shù)。

1 脫硫技術(shù)路線對(duì)比分析

1.1 循環(huán)流化床干法脫硫工藝簡(jiǎn)介

福建龍凈公司引進(jìn)了魯奇（CFB-FGD）循環(huán)流化床干法煙氣脫硫工藝技術(shù)，經(jīng)過消化、吸收與創(chuàng)新，在數(shù)十臺(tái)火電機(jī)組脫硫工程成功實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了新型高效大型機(jī)組干法脫硫除塵一體化工藝技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱LJD-FGD），是目前生產(chǎn)運(yùn)營中單塔脫硫能力最大、綜合效益較佳的一種半干法煙氣脫硫技術(shù)。該工藝在我國及其他國家都已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域主要有火力發(fā)電廠、鋼鐵、冶煉、化工、垃圾、建材等，最大已運(yùn)行單塔所配機(jī)組容量為350 MW。

循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、預(yù)電除塵系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、吸收劑制備及給料系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收工藝水系統(tǒng)、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)及電氣儀控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

鍋爐空預(yù)器出口平均煙氣溫度為110～150 ℃，煙氣由吸收塔底部通過文丘里管加速進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)高溫?zé)煔庵械牧蚺c給料系統(tǒng)加入的吸收劑、循環(huán)灰充分預(yù)混合，進(jìn)行脫硫反應(yīng)，吸收劑、循環(huán)脫硫灰受到高速氣流的沖擊作用懸浮起來，形成流化床，進(jìn)行充分的脫硫反應(yīng)。在文丘里的出口擴(kuò)管段設(shè)有噴水裝置，經(jīng)過高壓水槍噴入的霧化水增濕顆粒表面，吸收劑在此與SO2和水進(jìn)一步充分反應(yīng)，生成副產(chǎn)物。脫硫后的含塵煙氣從吸收塔頂部側(cè)向排出，然后轉(zhuǎn)向從兩側(cè)進(jìn)入布袋除塵器，凈煙氣再經(jīng)過鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪。經(jīng)布袋除塵器捕集下來的固體顆粒被收集到灰斗，通過物料調(diào)節(jié)閥控制灰量，返回到吸收塔內(nèi)繼續(xù)參加反應(yīng)，剩余的少量脫硫灰則通過氣力系統(tǒng)輸送至灰?guī)靸?chǔ)存，再通過汽車外送實(shí)現(xiàn)綜合利用或儲(chǔ)存。其煙氣側(cè)流程為：空氣預(yù)熱器→電除塵器→吸收塔→布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪。

圖1 LJD-FGD工藝流程示意圖

在循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝過程中，主要化學(xué)反應(yīng)為：

1.2 濕法脫硫工藝簡(jiǎn)介

濕法脫硫工藝采用石灰石作為脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)加工成粉狀與水充分混合攪拌制成吸收漿液。在塔內(nèi)漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的硫與漿液中的碳酸鈣及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏，脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去攜帶的細(xì)小液滴后排入煙囪。脫硫石膏漿液經(jīng)脫水裝置脫水后回收，脫硫廢水經(jīng)處理后綜合利用。根據(jù)市場(chǎng)對(duì)脫硫石膏的需求情況、脫硫石膏的質(zhì)量以及是否有足夠的堆放場(chǎng)地等因素，對(duì)脫硫副產(chǎn)物石膏可以采用拋棄和回收利用兩種方式進(jìn)行處理。

1.3 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)

根據(jù)煤種情況，爐內(nèi)脫硫效率不低于90%，爐后煙氣脫硫采用濕法脫硫工藝或半干法脫硫工藝，按二氧化硫總量的30%設(shè)計(jì)，爐外脫硫效率不小于97.5%。兩種爐外脫硫工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1和表2所示。

表1 濕法煙氣脫硫裝置煙氣參數(shù)（BMCR工況）

表2 半干法煙氣脫硫裝置煙氣參數(shù)（BMCR工況）

為了保證煙氣脫硫裝置的可靠性，該電廠將煙氣脫硫設(shè)施入口SO2濃度提高30%，煙氣脫硫設(shè)計(jì)濃度上調(diào)至1 751 mg/Nm3；提高二級(jí)脫硫的冗余量，以提高煙氣脫硫設(shè)施的可靠性。

1.4 綜合技術(shù)對(duì)比分析

結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)對(duì)循環(huán)流化床半干法脫硫與石灰石-石膏濕法脫硫兩種工藝進(jìn)行綜合分析，具體內(nèi)容如表3所示。

從技術(shù)上比較，循環(huán)流化床鍋爐具有自脫硫優(yōu)勢(shì)，加之該電廠采用低床溫、低床壓燃燒技術(shù)，以爐內(nèi)脫硫?yàn)橹?，爐外脫硫采用循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫和濕法脫硫工藝都能滿足超低排放要求：SO2排放濃度≤35 mg/Nm3，兩種方案均可行。但循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝與濕法脫硫工藝相比，具有脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、水耗量小、煙囪不需防腐、整體能耗低、無石膏排放、無廢水產(chǎn)生（同時(shí)還可利用廢水）等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠高效去除重金屬汞和SO3等。

1.5 脫硫投資及運(yùn)行維護(hù)成本分析

結(jié)合工藝流程對(duì)比分析循環(huán)流化床半干法脫硫與石灰石-石膏濕法脫硫的投資、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，具體內(nèi)容如表4和表5所示。

從經(jīng)濟(jì)上對(duì)比，半干法煙氣脫硫工藝與濕法脫硫工藝相比較，建設(shè)成本低，約為5 710萬元，同時(shí)循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約低150.724萬元。

1.6 技術(shù)路線選擇

綜上所述，半干法煙氣脫硫除塵一體化工藝具有能耗低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、煙囪及煙道不需要防腐、不產(chǎn)生脫硫廢水、耗水量小等優(yōu)點(diǎn)。吸收塔內(nèi)基本不需要任何運(yùn)動(dòng)部件以及支撐桿件，脫硫煙氣流速的設(shè)計(jì)較為合理，吸收塔內(nèi)磨損較小，脫硫設(shè)備使用壽命較長，檢修也方便，運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生廢水石膏雨，設(shè)計(jì)脫硫效率可達(dá)90%以上。且采用循環(huán)流化床半干法脫硫除塵一體化工藝全廠廠用電率可降低0.6%，全廠耗水指標(biāo)可降低0.004 m3/（s·GW）。濕法脫硫工藝目前在火力發(fā)電廠應(yīng)用較多，脫硫效率可達(dá)95%以上，同時(shí)吸收劑的價(jià)格也低，技術(shù)比較成熟，可靠性相對(duì)較高，利用率高。因此，綜合考慮上述因素，該電廠煙氣治理設(shè)施技術(shù)路線選擇爐內(nèi)噴鈣+SNCR脫硝+靜電除塵+循環(huán)流化床干法脫硫工藝+布袋除塵。

表3 綜合技術(shù)比較表

表4 脫硫設(shè)備投資、運(yùn)行耗材單價(jià)對(duì)比

表5 脫硫系統(tǒng)年運(yùn)行、維護(hù)成本對(duì)比

2 運(yùn)行情況

根據(jù)《山西省環(huán)境保護(hù)廳關(guān)于印發(fā)<現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造環(huán)保驗(yàn)收及比對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案>的通知》（晉環(huán)函〔2015〕856號(hào)）文件要求，受神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司委托，山西眾智檢測(cè)科技有限公司分別于2017年6月28日至7月3日對(duì)1#、2#燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放環(huán)保設(shè)施進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)并編制了監(jiān)測(cè)報(bào)告：“監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，1#燃煤發(fā)電機(jī)組近期煤種高負(fù)荷（＞90%）工況脫硫塔出口煙氣中煙塵的排放濃度范圍在2.22～2.79 mg/m3，二氧化硫的排放濃度范圍在3～6 mg/m3，氮氧化物的排放濃度范圍在33～41 mg/m3；設(shè)計(jì)煤種高負(fù)荷（＞90%）工況脫硫塔出口煙氣中煙塵的排放濃度范圍在2.09～3.30 mg/m3，二氧化硫的排放濃度范圍在9～30 mg/m3，氮氧化物的排放濃度范圍在36～41 mg/m3；近期煤種低負(fù)荷（50%左右）工況脫硫塔出口煙氣中煙塵的排放濃度范圍在2.33～4.07 mg/m3，二氧化硫的排放濃度范圍在5～7 mg/m3，氮氧化物的排放濃度范圍在38～44 mg/m3?！薄?#燃煤發(fā)電機(jī)組近期煤種高負(fù)荷（＞90%）工況脫硫塔出口煙氣中煙塵的排放濃度范圍在2.90～4.27 mg/m3，二氧化硫的排放濃度范圍在19～25 mg/m3，氮氧化物的排放濃度范圍在39～46 mg/m3；設(shè)計(jì)煤種高負(fù)荷（＞90%）工況脫硫塔出口煙氣中煙塵的排放濃度范圍在2.07～3.68 mg/m3，二氧化硫的排放濃度范圍在11～19 mg/m3，氮氧化物的排放濃度范圍在41～47 mg/m3；近期煤種低負(fù)荷（50%左右）工況脫硫塔出口煙氣中煙塵的排放濃度范圍在2.13～3.69 mg/m3，二氧化硫的排放濃度范圍在2～5 mg/m3，氮氧化物的排放濃度范圍在38～45 mg/m3。”“近期煤種高負(fù)荷工況、近期煤種低負(fù)荷工況、設(shè)計(jì)煤種高負(fù)荷工況各項(xiàng)污染物排放濃度均達(dá)到了山西省人民政府晉政辦發(fā)〔2014〕62號(hào)《山西省人民政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見》中規(guī)定的超低排放標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ（基本達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)限值要求。”

3 結(jié)論與建議

該廠機(jī)組現(xiàn)已長期穩(wěn)定運(yùn)行5年有余，表明爐內(nèi)噴鈣+循環(huán)流化床半干法二級(jí)脫硫工藝可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超低排放限值要求，滿足環(huán)保主管部門的管理要求，是CFB鍋爐最為典型的脫硫技術(shù)路線。

為了提高脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有以下幾點(diǎn)建議：

（1）循環(huán)流化床半干法脫硫工藝的脫硫劑為消石灰，由于消石灰很容易失效，需要采購生石灰制備消石灰，為防止消石灰制備系統(tǒng)故障，建議將機(jī)組間的消石灰倉管道連通，做到互相備用。

（2）由于循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝吸收塔建床需要臨界煙氣量（最小煙氣流量），為了防止半干法煙氣脫硫系統(tǒng)吸收塔發(fā)生塌床，脫硫系統(tǒng)邏輯中的煙氣流量測(cè)點(diǎn)應(yīng)采用三取二策略，以提高脫硫系統(tǒng)的可靠性。