440 t/h CFB锅炉烟气脱硫除尘系统提效优化改造

王乐为

(国家电投集团大连泰山热电有限公司，大连 116021)

0 引 言

2014年9月12日，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，要求新建和现役燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到或接近燃气轮机组排放限值(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 mg/m3)。

根据集团公司的文件《关于印发集团公司煤电机组超低排放技术实施相关规定的通知》的要求，采用脱硫除尘协同一体化技术，相关指标确定见表1。

表1 脱硫系统主要工艺指标

而辽宁某热电厂的两台440 t/h CFB锅炉原有的脱硫系统采用石灰石粉作为原料，炉内喷钙干法脱硫工艺，可以达到<200 mg/Nm3的环保排放标准。因此，辽宁某热电厂推行烟气超低排放改造工程的实施，通过新增的烟气脱硫装置，同时实现二氧化硫和烟尘达到超低排放。改造工程的实施是落实国家环保政策的要求，满足火电厂大气污染排放标准的要求。

1 设备现状

辽宁某热电厂现有2×135 MW超高压双抽供热机组和2台440 t/h循环流化床锅炉，目前两台锅炉均采用炉内喷钙脱硫和电除尘器。脱硫工艺为流化床锅炉炉内喷石灰石脱硫，脱硫系统与电厂配套建设。2014年，增加ROFA系统，通过炉内喷钙脱硫，锅炉出口的SO2排放浓度小于200 mg/Nm3(干基，6%O2)。

每台锅炉配套的双室五电场BEL型静电除尘器及气力输送设备。2016年完成了电除尘器提效改造。将电除尘器的工频电源更换为高频+脉冲电源。电除尘器改造后保证烟尘排放不大于25 mg/Nm3(α=1.4)。超低改造前除尘器出口的烟尘排放浓度在10～20 mg/Nm3范围内。

2 及改造目标

2台440 t/h循环流化床锅炉烟气脱硫除尘一体化提效优化改造计划将原有脱硫除尘系统改造为烟气循环流化床干式超净工艺(即流化床超净吸收塔+超净布袋除尘器)，利用现有的炉内脱硫装置，整体脱硫系统的按照收到基硫0.6%设计，采用一炉一塔布置，为每台锅炉配1套干法烟气脱硫除尘系统，全厂共2套。改造目标是实现烟气超低排放，即改造后实现烟尘、二氧化硫排放浓度分别不高于10 mg/Nm3和35 mg/Nm3，烟囱出口排放无明显白雾、格林曼黑度小于1度，且无脱硫废水排放。

3 烟气循环流化床脱硫除尘改造方案

3.1 设计概述

此次烟气脱硫除尘一体化提效优化改造采用烟气循环流化床脱硫、除尘一体化工艺，工艺路线为烟气循环流化床脱硫、除尘一体化超低排放工艺，按一炉一塔布置。利用现有的炉内脱硫装置，整体脱硫系统中SO2浓度按燃煤收到基硫分0.6%设计，保证出口SO2排放小于35 mg/ Nm3(干标，6% O2)，粉尘排放小于5 mg/ Nm3(干标，6% O2)，烟囱出口排放无明显白雾、格林曼黑度小于1度，且无脱硫废水排放。

每台锅炉配一组除尘器，每组袋式除尘器在顺气流方向上分为甲乙侧独立的除尘室，一单元除尘室分2个除尘单元，二单元除尘室一个除尘单元，每个单元可安装φ127×8130滤袋1 228条，整台除尘器安装滤袋7 368条。整台除尘器总过滤面积为23 872 m2，除尘器本体阻力小于1 500 Pa。

每台炉配一座脱硫吸收塔，材质为碳钢，塔直径7 m，安装最高点标高52.8 m(1号吸收塔52.1 m)。吸收塔内设置进口单项流高压回流式喷枪，使喷入的降温水充分雾化，在物料颗粒表面形成液膜，为高效脱硫反应创造条件。喷枪布置在塔内返料口的下部，返料灰不会对其造成影响。喷枪的外防护套材料为316 L。脱硫塔底配备有灰斗，并配有外排螺旋输送机。

吸收剂供应系统采用单元制，每炉设置1套，每座生石灰仓和消石灰仓的容积满足BMCR工况时7天和2天的消耗量。生石灰仓和消石灰仓保证吸收剂粉流化均匀，出料顺畅，不淤、不堵，采用流化装置。消石灰仓和生石灰仓内的物料采用加热流化风进行流化。

3.2 脱硫除尘工艺路线

烟气脱硫除尘一体化提效优化改造的工艺路线为：锅炉烟气→前级预除尘器(现有电除尘器运行一个电场)→循环流化床吸收塔→布袋除尘器→引风机→烟囱排放。改造后的锅炉烟气侧流程：锅炉炉膛(炉内脱硫不投)→SNCR脱硝→空气预热器→电除尘器→流化床吸收塔→布袋除尘器→引风机→原烟囱。每套脱硫除尘系统由脱硫吸收塔、布袋除尘器系统、吸收剂制备与供应系统、工艺水系统、流化、输送系统等组成。

如图1所示，锅炉烟气进入前级除尘器(现有电除尘器)，除尘后烟气进入循环流化床反应塔，在塔内烟气与呈流化状态的吸收剂物料接触，在喷水降温共同作用下，烟气中的SO3、SO2等酸性污染物质完成反应脱除。同时，湍动流化床塔内，烟气中细微粉尘颗粒和重金属汞等物质通过凝并作用，汇集成较粗颗粒，进入后级配套布袋除尘器中，利用织密滤袋及表面滤饼层，两级滤袋过滤后基本脱除。净化后的含尘烟气从脱硫吸收塔顶部侧向排出，然后转向进入脱硫后除尘器进行气固分离。该脱硫除尘一体化工艺可以高效完成脱硫除尘一体化，实现节能增效的。

工艺脱硫反应原理如下[1]-[4]：

Ca(OH)2+SO2=CaSO3·0.5H2O+1/2H2O

(1)

Ca(OH)2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O

(2)

CaSO3·0.5H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O

(3)

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+ H2O

(4)

2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2·Ca (OH)2·2H2O

(5)

(>120℃时)

Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O

(6)

图1 干式超净脱硫工艺流程图

3.3 改造方案

3.3.1 脱硫剂制备

烟气循环流化床脱硫工艺选择生石灰作为吸收剂，吸收剂先进入卧式双轴搅拌干式消化器消化，再喷入吸收塔。消化后的消石灰粉，含水率可控制在1%范围内，其平均粒径在10 μm左右，比表面积可达20 m2/g以上。

3.3.2 提升除尘效率的方法

在吸收塔入口与最底部一层喷淋层之间设置双向均流装置。双向均流装置可以实现气、液双向均流，是保证高效除尘的有效措施，同时也能提高脱硫效率。

①设置气流双向均流装置来均布吸收塔内的气、液分布，运行时装置上保持一定的持液高度，降低烟气速度偏差，可以使烟气穿过均流装置时，气液两相接触良好，大幅增强传质效果；

②烟气穿过液膜时，气液接触，可以起到吸收气体中部分污染成分的作用，大部分粉尘被拦截下来，获得较好的脱硫效率及除尘效率。

3.3.3 脱硫副产物的再循环利用

烟气循环流化床脱硫工艺的“循环”是指脱硫副产物的再循环利用，即把布袋除尘器收集的脱硫灰返回到吸收塔循环利用，其目的是使副产物中未反应的吸收剂能继续参加脱硫反应，通过延长吸收剂颗粒的在塔内的停留时间，以提高吸收剂的利用率、降低运行费用，同时也是为了满足塔内流化床建立足够的床层密度的需要。只有在塔内建立了足够的床层密度，才能保证喷入的冷却水能得到充分的蒸发，不会造成局部物料过湿而导致物料结块，黏附在吸收塔壁和后续的布袋除尘器布袋上，造成脱硫系统工作不正常。

从吸收塔出来的含有较多未被反应消石灰的脱硫灰，被气流夹带从吸收塔顶部侧向出口排出，经脱硫布袋除尘器进行气固分离，从布袋除尘器2个灰斗排出的脱硫灰大部分通过物料循环调节阀调节后进入吸收塔中，形成循环。

3.3.4 最终产物的处理

烟气循环流化床脱硫法没有废水排出，只需要对灰进行处理。

此方案年总排灰量13.5万吨，其中除尘灰10万吨，脱硫灰3.5万吨。脱硫灰干态、无毒混合物，主要成分为粉煤灰、亚硫酸钙和少量氢氧化钙。但脱硫灰中存在不稳定物质，作为水泥添加剂来综合利用存在一定的局限性，目前综合利用的主要途径为制砖。

4 结束语

辽宁某热电厂的2台440 t/h循环流化床锅炉烟气在脱硫除尘一体化提效优化改造后，于2019年10月完成了168小时考核并投运，运行结果表明脱硫除尘工程设备/系统运行稳定、正常、性能良好，各项参数及技术指标均达到超低排放标准要求。现两台机组已通过环保局验收，脱硫除尘整体验收监测也已经完成，性能考核试验顺利完成。

表2机组脱硫除尘数据