烟气循环流化床干式超净技术在3×220th煤粉炉上的应用

摘 要：兖矿新疆煤化工有限公司的3×220t/h煤粉炉原采用氨法脱硫工艺，但氨法脱硫系统在运行过程中出现了同步运行率低、二次细颗粒物污染严重等现象。因此，兖矿新疆煤化工有限公司决定重新选择脱硫及其配套脱硝除尘工艺。经过对比分析，重新选择了创新的烟气循环流化床干式超净技术。该技术在实际运行的一年半时间里，具有高效、经济、稳定的超低排放能力，并且没有废水产生，烟囱无需防腐排放透明等特点。在当今超低排放市场中具有较为显著的推广应用价值。

关键词：煤粉炉；氨法；干式超净；烟气循环流化床法脱硫

1 背景

随着我国国民经济的快速发展，我国的空气质量也逐渐备受关注。在短期内，能源结构（煤炭能源约占70%）不会发生根本性转变。因此，燃煤烟气污染仍然是大气污染的主要来源。

众所周知，人们对环保的日益关注以及国家环保标准的不断提高，燃煤锅炉污染减排的压力也日益增加。为改进和突破传统的烟气处理模式，进一步降低单位发电量的污染物排放强度，全国各燃煤锅炉积极采取新的烟气净化工艺，以满足超低排放（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50 毫克/立方米）的要求。

新超低排放标准的提高使得现役燃煤电站和燃煤自备电站中的大部分锅炉皆需进行脱硫脱硝除尘提效改造，因此针对于燃煤锅炉的超低排放改造的市场极大。然而，由于受到场地、空间及工期等条件的限制，利用传统的脱硫脱硝除尘技术手段进行节能减排改造，存在一定的局限性，因此亟需高效、简洁、适用的提效技术。在上述背景下，燃煤烟气循环流化床干式超净净化技术应运而生。该技术具有高效、经济、稳定的超低排放能力，并且没有废水产生，烟囱无需防腐排放透明等特点。该技术针对不同锅炉采用合理的改造方案，可达到工期短、占地少、投资少等目的，符合新形势的超低排放的排放要求[1，2]。

2 燃煤烟气循环流化床干式超净净化技术原理简介

燃煤烟气循环流化床干式超净净化技术是在原德国鲁奇（LLB）公司开发的烟气循环流化床脱硫技术的基础上发展而来的。通过技术改造和创新，提高脱硫效率，并将低温氧化协同脱硝技术（Circulating Oxidation and Absorption， COA）与流化床反应器相结合。同时，开发超低排放的特种布袋除尘器，形成了燃煤烟气循环流化床干式超净净化技术。

典型的烟气循环流化床干式超凈净化技术主要为干法脱硫技术，并根据循环流化床配套了脱硝和除尘技术等。具体指的是：将燃煤烟气的治理以循环流化床净化装置为核心（见下图1），在循环流化床反应器内，喷水增湿的烟气与喷入的吸收剂（消石灰）强烈混合进行反应，脱除烟气中的SO2、SO3、HCl、HF和Hg等重金属污染物，通过布袋除尘器对粉尘进行脱硫。同时，有机结合SCR、SNCR等脱硝技术和自主研发的COA技术，实现脱硫脱硝除尘一体化及多污染物协同综合治理，并最终达到烟气超低排放的技术。

3 3×220t/h煤粉炉炉后烟气超低排放改造工艺比选

兖矿新疆煤化工有限公司（简称“兖矿新疆”）60万吨醇氨联产项目是兖矿集团在新疆启动的第一个煤化工项目，位于乌鲁木齐高新区甘泉堡工业园。兖矿新疆项目配套建设的3×220t/h煤粉炉，为达到当时国家环保要求，在锅炉尾部建设除尘、氨法脱硫和硫酸铵回收装置，可利用醇氨联产项目自给的10%氨水生成硫铵，实现“以废治废”的目的。

自2013年1月21日环保试车开始，该配套烟气净化系统就承担起这3台220t/h煤粉炉的环保重任。然而，在氨法脱硫对SO2具有较高脱硫效率的同时，也出现了一些较为棘手的问题。实际运行中由于腐蚀、检修等问题引起的资金投入日益增高。最为关键的是烟囱排放产生的大量二次细颗粒物拖尾现象始终无法得到解决和改善，无法通过环保部门的验收。导致正常的生产也时断时续，给企业造成了经济损失的同时也产生了一定的负面品牌影响。自治区环保部门要求兖矿新疆在2015年限期整改，兖矿新疆公司最终在社会舆论及环保部门的多重压力下，决定重新选择脱硫工艺[3]。并按照最新的燃煤锅炉“超低排放”限值进行要求和选择。

3.1 脱硫超低排放改造工艺选择的原则

目前国内外脱硫（配套脱硝、除尘）方案很多，脱硫工艺的确定，配套的脱硝和除尘工艺也随之确定。具体到本工程脱硫方案的确定一般应遵循以下原则：

（1）烟气脱硫脱硝除尘工程建设应符合我国方针和政策，贯彻安全、可靠、经济、适用并符合国情的原则。

（2）烟气脱硫脱硝除尘工艺应是技术成熟、先进、经济合理、有工业化业绩的工艺系统。

（3）应考虑节约用水。

（4）本项目二氧化硫排放执行的排放限值为35mg/Nm3，设计脱硫效率需在98.4%左右，对脱硫效率有较高要求；应考虑SO2浓度、SO2控制规划、环境要求的脱硫效率。

（5）应充分考虑脱硫剂供应条件、脱硫副产品、脱硫灰、飞灰的综合利用条件。

（6）应充分考虑废水、废渣排放条件。

（7）应充分考虑厂区总布置条件等因素。

（8）应考虑生产过渡的方便，脱硫设施的建设尽量减少对锅炉运行的影响。

目前，国内传统的脱硫超低排放改造以石灰石-石膏法脱硫为主，但是从近两年的发展来看，国内能够满足超低排放要求的创新脱硫工艺还有以下三种：氨法脱硫、海水法和烟气循环流化床半干法脱硫[4]。由于新疆地域的限制，以下讨论仅对石灰石-石膏法脱硫、氨法脱硫和烟气循环流化床半干法脱硫进行讨论，以达到最终确定本次兖矿新疆3×220t/h煤粉炉的炉后烟气治理的工艺。

3.2 脱硫工艺的比选

现行的氨法脱硫工艺虽在SO2的排放数据上是达标的，但氨逃逸严重，且NOx排放超标。氨法脱硫系统在运行过程中出现了同步运行率低、稳定性差等现象。并且氨逃逸造成亚硫酸氢铵和亚硫酸铵等气溶胶颗粒，随脱硫后烟气排入到大气环境中，成为大气PM2.5气溶胶的一个重要污染源。因此，在氨法脱硫运行中出现的这些问题，都是本次超低排放改造需要考虑和解决的。

本次改造拟采用石灰石-石膏法脱硫、氨法脱硫、烟气循环流化床半干法脱硫三种脱硫工艺技术进行比对，如表1。

首先，3×220t/h煤粉炉改造的初衷正是由于氨法脱硫未能对脱硫后的SO3、粉塵、氨逃逸和硫铵等带来的二次细颗粒物进行有效脱除，导致烟囱拖尾很长，被自治区环保部门要求限期整改。通过上述技术分析可以看出，在原有氨法脱硫的基础上进行超低排放改造，是最为简单、投资最少的方案。但氨法脱硫即使脱硫尾部加装湿式电除尘器，也未必能够保证超低排放的运行，仍然存在二次颗粒物的污染问题。因此，兖矿新疆决定对氨法脱硫装置进行推倒重来。

针对于石灰石-石膏法和烟气循环流化床干法脱硫，二者皆可满足SO2超低排放的要求。但是，首先为了避免因SO3、粉尘和石膏夹带引起的二次细颗粒物污染，石灰石-石膏法脱硫之后还必须加装湿式电除尘器，将导致投资成本增加。其次，石灰石-石膏法经过脱硫之后的烟气为饱和湿烟气，其末端烟囱进行内衬防腐，也将导致投资成本增加。最后，石灰石-石膏法脱硫还必须每小时定量排放脱硫废水，废水零排放的投资成本和运行成本也将随之增加。相比较而言，烟气循环流化床干法技术没有废水，且烟囱无需防腐，能够满足兖矿新疆3×220t/h煤粉锅炉的超低排放要求。

综上所述，突破传统烟气处理模式的，高效、简洁、提效的烟气循环流化床干式超净技术（含脱硫、脱硝和除尘）便成为本次超低排放的选择工艺。

4 3×220t/h煤粉炉炉后烟气超低排放改造工艺方案

4.1 烟气参数（见表2）

4.2 工艺流程和布置情况

本3×220t/h煤粉炉炉后超低排放改造项目的工艺流程为：锅炉（原有）→布袋除尘器（原有）→烟气循环流化床吸收塔→高效布袋除尘器→引风机→烟囱（原有）。流程图如下图2所示。

本3×220t/h煤粉炉炉后超低排放改造项目场地紧凑，1#烟气循环流化床干式超净装置布置在1#原有布袋除尘器及综合管架之间的空地上，2#、3#烟气循环流化床干式超净装置布置在3#原有布袋除尘器的西侧空地上。

烟气循环流化床干式超净装置的主要构筑物有电石渣仓、反应塔、脱硫布袋除尘器、脱硫引风机、灰库等，脱硫引风机布置在原有引风机拆除的位置上。烟气循环流化床干式超净装置是按工艺要求集中布置，各设备的平面和空间组合，既做到工作分区明确，又做到合理、紧凑、方便，外观造型协调，整体性好，并与厂内其他建筑群体相协调，同时最大限度地节省用地。电石渣仓就近靠近循环流化床吸收塔布置，这种布置一是便于电石渣粉的装卸；二是吸收剂的输送距离短。整个烟气循环流化床干式超净装置道路通畅，并设有消防通道和设备检修通道，预留有足够的检修场地。

4.3 脱硫剂

本项目烟气循环流化床干式超净技术中的脱硫工艺采用电石渣作脱硫剂，做到了“以废治废”的效果，电石渣的主要成分为Ca（OH）2，使得吸收剂成本大大降低。电石渣来源于公司附近的中泰化学产生的湿废电石渣，通过莱蒙钙业配套的烘干、研磨装置，降低电石渣的湿度及粒径。电石渣干粉满足烟气循环流化床干式超净技术中脱硫要求，具体规格要求如下：

5 超低排放改造后的运行效果讨论

5.1 改造前后的运行成本对比

兖矿新疆3×220t/h煤粉炉炉后超低排放改造项目完毕运行已有一年半的时间了，各项运行指标良好。以下仅从运行成本进行对比分析，对超低排放改造前氨法脱硫和改造后烟气循环流化床干法脱硫工艺的经济性进行对比。

从表4可以看出，在运行成本上，改造前后的吸收剂的运行费用相差不大，但氨法脱硫用电费用相对较高。另外，氨法脱硫后的间歇性排放脱硫废水难以处理，而改造后的烟气循环流化床干法解决了这一问题。

5.2 改造后运行情况

兖矿新疆煤化工3×220t/h煤粉炉配套烟气循环流化床干式超净项目，3套装置陆续于2015年11月开始进入试运行。从运行过程中的监测数据表明，锅炉烟气经过烟气净化装置后，SO2浓度低于35mg/Nm3（最低小于5mg/Nm3）；同时粉尘排放低于5mg/Nm3（最低小于3mg/Nm3），各项性能指标均优于设计值。由于COA脱硝的存在，出口NOx浓度运行也可低于50mg/Nm3，运行画面见下图3。

同时，2015年12月通过自治区环保厅现场环保检测评估，2016年1月6日，环评报告批复，是新疆第一家通过环保竣工验收的煤化工项目。2016年获得政府扶持专项资金逾千万元。

6 结束语

对于现有的燃煤烟气超低排放提效改造的技术而言，兖矿新疆3×220t/h煤粉炉重新选择了创新的烟气循环流化床干式超净净化技术，进行燃煤烟气的提效改造，实现了超低排放的要求。

燃煤烟气循环流化床干式超净净化技术具有高效、经济、稳定的超低排放能力，并且没有废水产生，烟囱无需防腐排放透明等特点。同时，可达到工期短、占地少、投资少等目的，符合新形势的超低排放的排放要求。是一种集“提效、减排、节能、节水”于一体的减排节能实用技术，具有较为显著的推广应用价值。

参考文献

[1]王建春.燃煤烟气循环流化床干式“超净+”净化工艺及应用[J].企业技术开发，2016，35（15）：161-163.

[2]谢庆亮.低低温电除尘技术在600MW火电机组上的应用[J].中国环保产业，2015，11：64-66.

[3]秦胜，孙清涛，高吉文，等.3×220t/h煤粉炉烟气干式超净脱硫除尘改造实践[J].能源环境保护，2016，30（4）：20-22.

[4]中华人民共和国环境保护部.关于发布《火电厂污染防治技术政策》的公告[EB/OL].http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201701/t2017

0117_394809.htm，2017，01，11.

作者简介：吴孝敏（1986-），男，汉族，福建省南平市，中级工程师，博士研究生，研究方向：大气污染治理。