馬雙忱， 張華仙， 朱思潔， 雷　雨， 楊　靜

(1. 華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 保定 071003 ； 2. 山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院 光華分公司，山西 太原 030001)

環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)流化床鍋爐改造分析

馬雙忱1， 張華仙2， 朱思潔1， 雷雨1， 楊靜1

(1. 華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 保定 071003 ； 2. 山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院 光華分公司，山西 太原 030001)

摘要：對(duì)循環(huán)流化床在脫硝、脫硫和除塵等方面環(huán)保技術(shù)路線進(jìn)行了分析，權(quán)衡各項(xiàng)技術(shù)的利弊及經(jīng)濟(jì)因素，結(jié)合新頒布的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 13223—2011)，做出如下建議：半干旋轉(zhuǎn)噴霧法脫硫工藝(SDA)和SCR結(jié)合使用后，氮氧化物的脫除效率可達(dá)到95%，循環(huán)流化床中高灰分的環(huán)境不適合使用SCR，SNCR的脫除效率雖然相對(duì)較低，但是通過調(diào)整還原劑的停留時(shí)間和與煙氣的混合程度，脫硝效率可達(dá)70%以上，完全可以滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求；石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)成熟，脫硫效率高，負(fù)荷適應(yīng)性好，在循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫的基礎(chǔ)上外加該工藝，可以保證足夠的脫硫效率；電袋組合式除塵器發(fā)揮了兩種除塵器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐； 環(huán)保特性； 改造分析

中圖分類號(hào)：X701

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.04.012

收稿日期：2015-03-02。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(50976035)。

作者簡(jiǎn)介：馬雙忱(1968-)，男，教授，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴究刂乒こ痰?，E-mail:991569889@qq.com。

Abstract：In this essay, three environmental protection technical routes, denitrification, desulfurization and dust removal of CFB boilers, were analyzed. Considering the advantages and disadvantages of the techniques, economic factors, and with the purpose of meeting the newly issued Power Plant Air Pollutants Emission Standard (GB13223-2011), this essay suggests the following. The combination of SCR and SDA can increase the NOx removal efficiency to 95%. But it does not apply to the environment of high ash content in the circulating fluidized bed. Despite of the low efficiency of the SNCR, denitrification efficiency can be up to 70% with the adjustment of the residence time and the mixing proportion of the flue gas, which can fully meet the new environmental standards. In addition, the limestone-gypsum wet FGD technology, with a high desulfurization efficiency and good load adaptation, is comparatively mature. If the process is added after circulating fluidized bed desulfurization, adequate removal efficiency can be ensured. The advantages of two kinds of dust remover being considered, the electrostatic bag dust remover can meet the new standards.

Keywords：CFB boiler; environmental protection characteristics; reforming analysis

0引言

因具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣、高效脫硫、NOX排放低、運(yùn)行穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢(shì)，循環(huán)流化床在國(guó)內(nèi)外被廣泛使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有不同容量的循環(huán)流化床鍋爐近3 000 臺(tái)，約63 000 MW的容量投入商業(yè)運(yùn)行，占電力行業(yè)中鍋爐總臺(tái)數(shù)的1/3。在當(dāng)前能源短缺，環(huán)境污染治理備受關(guān)注的大環(huán)境下，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)作為一項(xiàng)具有良好環(huán)保特性的燃燒技術(shù)，更是受到許多電廠的青睞，特別是針對(duì)煤種的多樣性以及低品質(zhì)的煤矸石發(fā)電或生物質(zhì)煤混燃。目前，300 MW等級(jí)的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組SO2排放濃度的平均值在300 mg/Nm3, NOX排放濃度平均值不超過150 mg/Nm3[1]。但是面對(duì)新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)，很多老的循環(huán)流化床鍋爐已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求。為解決這一問題，本文具體分析現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保技術(shù)手段，并針對(duì)具體不足之處提出了相應(yīng)改良方法，以適應(yīng)新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

本文對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的脫硝、脫硫以及除塵方面的常用技術(shù)進(jìn)行了分析。對(duì)選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)以及SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝進(jìn)行了比較，并針對(duì)特控區(qū)和燃料的不同提出了不同的脫硝方法選取的建議；分析了循環(huán)流化床的石灰石脫硫系統(tǒng)與濕法脫硫結(jié)合的工藝可行性：提出了對(duì)現(xiàn)有循環(huán)流化床脫硫工藝之外，尾部增加傳統(tǒng)的濕法煙氣脫硫裝置，雙管齊下共同控制SO2的排放濃度的建議；指出電袋復(fù)合式除塵兼具電除塵器和袋式除塵器兩者的優(yōu)點(diǎn)，可滿足更為嚴(yán)格的新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的特性。通過以上的分析，為循環(huán)流化床的改進(jìn)提供了有益的參考，對(duì)于進(jìn)一步完善循環(huán)流化床脫硫脫硝技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。

1循環(huán)流化床鍋爐環(huán)?，F(xiàn)狀

循環(huán)流化床鍋爐，從化學(xué)意義上講就是一個(gè)良好的流態(tài)化反應(yīng)器，床料的劇烈擾動(dòng)與混合，較長(zhǎng)的停留時(shí)間為傳熱及化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，噴入固硫劑可實(shí)現(xiàn)SO2的有效固定。經(jīng)過破碎的煤粒和脫硫所需要的石灰石在爐膛內(nèi)與大量劇烈擾動(dòng)的細(xì)灰粒相混合，在爐內(nèi)以較低的溫度完成燃燒與脫硫過程[2]。根據(jù)燃煤特性以一定的Ca/S向爐內(nèi)加入石灰石粉作為脫硫劑，在燃燒的過程中脫去燃燒生成的SO2，而石灰石粉在 850～950 ℃范圍內(nèi)脫硫效率最高，所以循環(huán)流化床鍋爐采用850～950 ℃燃燒溫度可以達(dá)到較高的脫硫效率。循環(huán)流化床脫硫脫硝的副產(chǎn)物主要是硫酸鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣及其他鈣化合物，硫酸鈣可用于礦渣粉生產(chǎn)企業(yè)的外加劑。硝酸鹽和亞硝酸鹽是混凝劑的早強(qiáng)劑組分，且可以作為混凝土防凍劑組分[3]。

循環(huán)流化床采用低溫燃燒，在燃燒溫度低于1 000 ℃時(shí)，幾乎不產(chǎn)生熱力型氮氧化物，只有在1 300 ℃以上時(shí)，熱力型氮氧化物才會(huì)變得明顯。循環(huán)流化床中燃燒生成的氮氧化物的主要來源是燃料型氮氧化物，且生成的燃料型氮氧化物一般低于10%[4,5]。對(duì)于無煙煤之類的低揮發(fā)分燃料和含量小于0.7%的低氮染料，在床溫低于900 ℃的條件下，原始NOx的排放基本小于100 mg/m3。但是對(duì)于高揮發(fā)分燃料，當(dāng)床溫高于900 ℃時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐的NOx排放量一般在200～300 mg/Nm3，僅靠爐內(nèi)分級(jí)燃燒等低氮氧化物燃燒技術(shù)無法達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此需要采用SNCR[6]。而循環(huán)流化床的爐內(nèi)脫硫大多只能將SO2的排放降低到200～400 mg/m3左右，且不是很穩(wěn)定，需要外加脫硫系統(tǒng)來確保排放不超過新標(biāo)準(zhǔn)的100 mg/m3。

2循環(huán)流化床鍋爐面臨的挑戰(zhàn)

2011年7月29日由國(guó)家環(huán)保部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》自2012年1月1日開始執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有鍋爐和在建鍋爐的出口煙塵濃度、二氧化硫濃度、氮氧化物濃度分別進(jìn)行了規(guī)定，較之于舊標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)規(guī)定更為嚴(yán)格。表1為燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度限值(煙氣黑度除外)，表2為燃煤鍋爐大氣污染物特別排放限值(煙氣黑度除外)。

表1　燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度限值　mg/m3

注：(1)位于廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省和貴州省的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行該限值。

(2)采用W型火焰爐膛的火力發(fā)電鍋爐，現(xiàn)有循環(huán)流化床火力發(fā)電鍋爐，以及2003年12月31日前建成投產(chǎn)或通過建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行該限值。

重點(diǎn)地區(qū)的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行表2規(guī)定的大氣污染物特別排放限值，執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的具體地域范圍、實(shí)施時(shí)間，由國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)行政主管部門規(guī)定。

表2　燃煤鍋爐大氣污染物特別排放限值　mg/m3

3循環(huán)流化床的環(huán)保技術(shù)改進(jìn)方案

3.1　脫硝

目前應(yīng)用較廣泛的脫硝工藝主要是選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)，也有少數(shù)電廠使用SNCR-SCR聯(lián)合工藝。

SNCR是指在無催化劑的作用下，在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口”內(nèi)噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮?dú)夂退?。該技術(shù)一般采用爐內(nèi)噴氨、尿素作為還原劑還原 NOx。還原劑只和煙氣中的 NOx反應(yīng)，一般不與氧反應(yīng)，該技術(shù)不采用催化劑，所以這種方法被稱為選擇性非催化還原法(SNCR)。

主要反應(yīng)如下：

4NH3+ 4NO+ O2→4N2+ 6H2O

(1)

NO2+ NO+ 2NH3→2N2+ 3H2O

(2)

6NO2+8NH3→7 N2+ 12 H2O

(3)

4NH3+ 3O2→2N2+ 6H2O

(4)

4NH3+5O2→4NO + 6H2O

(5)

由于該工藝不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為 850～1 100 ℃ 的區(qū)域， NH3與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和水。循環(huán)流化床鍋爐中爐膛、分離器、出口煙道等部位的溫度在850～950 ℃之間，正好在SNCR的最佳反應(yīng)溫度窗口[7,8]。在980 ℃條件下SNCR的脫硝效率達(dá)到最大，在此溫度下N2O生成量隨氨氮摩爾比提高的增加程度最大，為了保證脫硝效率同時(shí)降低氨泄漏和N2O的生成，氨氮摩爾比在1～1.5范圍內(nèi)較為合適[8]。圖1為不同溫度下脫硝效率隨氨氮摩爾比(NSR)的變化[9]。

CFB鍋爐在旋風(fēng)分離器上側(cè)和內(nèi)側(cè)噴入尿素溶液脫硝效率最高。CFB鍋爐在采用優(yōu)化后的脫硝系統(tǒng)脫硝效率達(dá)50%以上，NOx脫除后濃度降到80 mg/m3[10]。

圖1　不同溫度下脫硝效率隨NSR的變化

圖2是SNCR在150 t/h的循環(huán)流化床鍋爐中的脫硝效率，由圖可見SNCR對(duì)循環(huán)流化床的脫硝效果較明顯，且脫硝效率可達(dá)80%以上。低成本和系統(tǒng)簡(jiǎn)單是循環(huán)流化床鍋爐脫硝的一大優(yōu)勢(shì)，但SNCR的一個(gè)較大缺點(diǎn)是氨逃逸較嚴(yán)重，而且爐內(nèi)噴入氨水或尿素會(huì)影響鍋爐的熱效率[11]。

SCR的原理是在290～400 ℃條件下，還原劑NH3在催化劑作用下將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3的氧化反應(yīng)，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。

圖2　SNCR對(duì)150 t/h的循環(huán)流化床鍋爐脫效率的影響

主要反應(yīng)如下：

4NH3+ 4NO+ O2→4N2+ 6H2O

(6)

2NO2+ O2+ 4NH3→3N2+ 6H2O

(7)

6NO +4NH3→5 N2+ 6 H2O

(8)

6NO2+8NH3→7 N2+ 12 H2O

(9)

SCR系統(tǒng)由氨供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣/空氣噴射系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等組成，為避免煙氣再加熱消耗能量，一般將SCR反應(yīng)器置于省煤器后、空氣預(yù)熱器之前，即高塵段布置。氨氣在空氣預(yù)熱器前的水平管道上加入，并與煙氣混合。

SCR有脫除效率高、無副產(chǎn)物、不形成二次污染、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)[14]，結(jié)合半干旋轉(zhuǎn)噴霧法脫硫工藝(SDA)和SCR，氮氧化物的脫除效率可達(dá)到95%[15]。但是循環(huán)流化床中高CaO被煙氣攜帶，在催化床內(nèi)會(huì)與三氧化硫反應(yīng)生成硫酸鈣，造成催化劑中毒和失活；另外，高塵環(huán)境，比如有的燒劣質(zhì)煤的鍋爐，其尾部煙氣含塵在50～60 g/Nm3，會(huì)造成催化劑的中毒和磨損，大大影響脫硝效率。因此，目前SCR法用在循環(huán)流化床上的應(yīng)用實(shí)例不多，主要是因?yàn)檠h(huán)流化床一般是偏中小鍋爐型，NOx排放量比較少，應(yīng)用SCR法不經(jīng)濟(jì)，處于重點(diǎn)控制區(qū)的大容量循環(huán)流化床鍋爐可以考慮采用SCR。

為了充分發(fā)揮SNCR的低成本和SCR高效率的優(yōu)勢(shì)，充分利用SNCR逃逸的氨氣，部分電廠采用SNCR/SCR聯(lián)合工藝進(jìn)行脫硝：先將還原劑噴入爐膛，在高溫下還原劑與煙氣中的氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，初步脫硝后，未反應(yīng)完全的還原劑進(jìn)入設(shè)在省煤器與空預(yù)器之間的SCR反應(yīng)器，在有催化劑參與的情況下進(jìn)一步脫除氮氧化物[12]。SNCR的脫除效率雖然相對(duì)較低，但王岳軍等人通過延長(zhǎng)還原劑在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間，并提高與煙氣的混合程度，使脫硝率超過了70%[13]。SNCR/SCR混合法初期投資與單純SCR工藝基本持平，但還原劑的耗量遠(yuǎn)高于SCR工藝，因此應(yīng)用并不廣泛。但如果是處于重點(diǎn)控制區(qū)的電廠，氮氧化物按照100 mg/Nm3控制，這時(shí)SNCR/SCR混合法是可選擇的技術(shù)方案。

但是對(duì)部分燃燒生物質(zhì)的循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐燃燒溫度比較低，煙氣中含有大量SCR催化劑的毒物，這種情況下SNCR或SCR都不適合用于煙氣脫硝，此時(shí)可考慮采用濕法脫硝，比如氧化工藝或絡(luò)合脫硝工藝，但需要進(jìn)一步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，并分析可能造成的二次污染。

3.2　脫硫

脫硫效率的影響因素很多，目前許多循環(huán)流化床都采用富氧燃燒的技術(shù)。從固硫角度考慮，在空氣條件下循環(huán)流化床的最佳燃燒溫度為860 ℃，在富氧條件下，固硫的最佳溫度從860 ℃左右升高到了900～925 ℃。圖3為根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果得出的床溫與脫硫效率的關(guān)系[16]。

SO2的再循環(huán)提高了鈣基吸附劑的利用率，而對(duì)N2O的排放沒有影響[17～19]。富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐中，SO2的脫除率高于90%，并且脫除率隨著溫度的升高而升高，最佳溫度在900 ℃左右[20]。

圖3　脫硫效率和床溫的關(guān)系

鈣硫摩爾比也是影響脫硫效率的重要因素。圖4為根據(jù)國(guó)內(nèi)100 MW循環(huán)流化床鍋爐石灰石燃燒脫硫試驗(yàn)所繪制的鈣硫摩爾比與脫硫效率的關(guān)系圖[16]。

循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫的一大缺陷是需要高的鈣硫摩爾比，也即意味著低的固硫劑利用率。如果要達(dá)到90%的脫硫效率，采用煙氣濕法脫硫技術(shù), 鈣硫摩爾比只需要1.1左右，而采用循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)添加石灰石的脫硫方法, 鈣硫摩爾比一般需要達(dá)到2.0以上[21]。CaO化學(xué)吸附SO2以后生成亞硫酸鈣或被氧氣氧化生成硫酸鈣，這些物質(zhì)堵塞吸收劑微孔或覆蓋在吸收劑表面，影響吸收劑的進(jìn)一步利用。此外，反應(yīng)溫度和停留時(shí)間也影響爐內(nèi)固硫反應(yīng)。但面對(duì)當(dāng)前新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中一般控制區(qū)SO2按照100 mg/Nm3，重點(diǎn)控制區(qū)按照50 mg/Nm3控制，僅采用爐內(nèi)脫硫還有些困難，因此一些電廠已經(jīng)在尾部增加了傳統(tǒng)的濕法煙氣脫硫以增強(qiáng)脫硫效果。為了利用爐內(nèi)未反應(yīng)完全的吸收劑，有的電廠采用了尾部活化器，在活化器內(nèi)噴水增濕，可以繼續(xù)吸收部分SO2。此種類型的典型工藝是爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化，也即LIFAC工藝。另外一個(gè)可取的技術(shù)是采用排煙循環(huán)流化床脫硫技術(shù)，也可以利用爐內(nèi)未反應(yīng)完全的氧化鈣，通過增濕水的活化在流化床內(nèi)完成脫硫，其脫硫效率可達(dá)到90%左右[22]。

圖4　脫硫效率和Ca/S比的關(guān)系

對(duì)處于重點(diǎn)控制區(qū)的電廠，可考慮采用尾部增設(shè)濕法煙氣脫硫工藝。主要有以CaCO3為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法等。世界上應(yīng)用最廣的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例在90%以上。濕法脫硫因具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，該工藝的主要反應(yīng)是在吸收塔中進(jìn)行的，送入吸收塔的吸收劑(石灰石漿液)與進(jìn)入吸收塔的煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與吸收劑漿液中的碳酸鈣(CaCO3)以及進(jìn)入的氧化空氣中的氧氣(O2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)即石膏；脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴經(jīng)煙囪排入大氣。該工藝的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2CaCO3+ H2O + 2SO2→2CaSO3·1/2H2O + 2CO2

(10)

2CaSO3·1/2H2O + O2+ 3H2O→2CaSO4·2H2O

(11)

吸收過程是脫硫的主要過程，SO2吸收過程一般可以分解為3個(gè)基本步驟: (1)氣相內(nèi)的傳遞，即 SO2從氣相透過氣膜向汽液界面?zhèn)鬟f、擴(kuò)散; (2) 相際傳遞，即SO2在液膜表面溶解;(3) 液相內(nèi)的傳遞，即SO2從氣液界面透過液膜向液相傳遞[23]。吸收漿液pH、液氣比、運(yùn)行溫度、鈣硫比是影響脫硫效率的主要因素。

為了充分利用循環(huán)流化床的特點(diǎn)，建議保留現(xiàn)有固硫劑加入系統(tǒng)，根據(jù)煤質(zhì)，調(diào)整固硫劑的加入量，合理分配爐內(nèi)、爐外脫硫負(fù)荷，滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SO2要求。

3.3　除塵

除塵器按捕集機(jī)理可分為機(jī)械除塵器、電除塵器、過濾除塵器和洗滌除塵器等。目前多使用布袋除塵器或靜電除塵器。靜電除塵器以其承受溫度高,運(yùn)行阻力小,使用壽命長(zhǎng),運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低而被大量采用,但是由于其除塵效率受粉塵特性的影響較大,而且我國(guó)的煤炭成分千變?nèi)f化,粉塵性質(zhì)也各不相同,因此電廠燃煤鍋爐使用靜電除塵器要達(dá)到長(zhǎng)期高效、穩(wěn)定的除塵要求對(duì)有的工廠難以實(shí)現(xiàn)[24]。電除塵器設(shè)備占地面積大，投資高，而且除塵效率受粉塵性質(zhì)和煙氣參數(shù)影響大，難以適應(yīng)循環(huán)流化床的特點(diǎn)，因此需要對(duì)靜電除塵器做一些改造，比如增加電場(chǎng)數(shù)目，強(qiáng)化粉塵荷電等。隨著布袋濾料性能的提高，近幾年來布袋除塵技術(shù)發(fā)展較快。例如PPS濾料，因其良好的抗酸堿性，基本能滿足鍋爐煙氣的凈化要求，覆膜濾料、梯度濾料的研究成功，大大提高了過濾性能，使得布袋除塵器的除塵效率較高[25]。但是如果采用布袋除塵器，由于循環(huán)流化床煙氣中粉塵濃度高，容易引起濾袋的沖刷磨損和濾袋阻力上升太快、清灰不力等問題[26]。布袋除塵器用于大型循環(huán)流化床還缺乏業(yè)績(jī)支持。

作為靜電除塵器和袋式除塵器的有機(jī)結(jié)合, 電袋組合式除塵器充分發(fā)揮了兩種除塵器各自的優(yōu)勢(shì)。通過前級(jí)電場(chǎng)的預(yù)收塵、荷電作用和后級(jí)濾袋區(qū)的過濾除塵，兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了電除塵器和布袋除塵器單獨(dú)使用的缺點(diǎn)。該復(fù)合型除塵器具有效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定，濾袋阻力低，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)用省，占地面積小，清灰周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[27]，電袋除塵系統(tǒng)阻力約為800～1 200 Pa，同時(shí)因粉塵的電凝并現(xiàn)象，對(duì)PM2.5細(xì)微粉塵的脫除率比常規(guī)靜電除塵器高10%～20%。電袋除塵技術(shù)按布袋區(qū)和電除塵器布置的相對(duì)位置可分為分體式、整體式、嵌入式結(jié)構(gòu)，其中，整體式結(jié)構(gòu)目前應(yīng)用最廣泛[28]。按照環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)煙塵排放濃度不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的燃煤機(jī)組要求進(jìn)行高效除塵改造，電袋復(fù)合除塵技術(shù)是適應(yīng)這一嚴(yán)格要求的可選技術(shù)。

對(duì)于安裝有濕法脫硫的循環(huán)流化床鍋爐，由于現(xiàn)有濕法脫硫系統(tǒng)去除PM2.5細(xì)顆粒物的能力很弱，對(duì)SO3氣溶膠等的脫除也有限，從而導(dǎo)致煙囪出口經(jīng)常出現(xiàn)“石膏雨”或“藍(lán)煙”現(xiàn)象。 因此，需要脫除濕法脫硫自身產(chǎn)生并排放的PM2.5細(xì)微顆粒物和SO3氣溶膠。在污染物排放要求嚴(yán)格的重點(diǎn)地區(qū)，在濕法脫硫裝置之后，加裝濕式靜電除塵器是可選擇的技術(shù)。

4循環(huán)流化床鍋爐大氣污染控制技術(shù)路線

循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保指標(biāo)分為脫硝、脫硫和除塵，傳統(tǒng)的解決措施分別為：SNCR工藝、爐內(nèi)石灰石石膏法脫硫和靜電除塵。在新的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求下，滿足要求的工藝可繼續(xù)施行或進(jìn)行優(yōu)化，不滿足要求的工藝進(jìn)行改進(jìn)。其中，對(duì)于脫硝工藝，不能達(dá)標(biāo)的循環(huán)流化床火力發(fā)電鍋爐可采用在尾部增設(shè)小型SCR或采用SCR/SNCR聯(lián)合脫硝工藝。對(duì)于脫硫工藝，不能達(dá)標(biāo)的循環(huán)流化床鍋爐可采用尾部增設(shè)活化反應(yīng)器、排煙循環(huán)流化床或濕式石灰石石膏法脫硫技術(shù)。對(duì)于除塵工藝，在不達(dá)標(biāo)的情況下可采用增加靜電除塵器電場(chǎng)數(shù)，或改用布袋除塵器以及電袋復(fù)合式除塵器。圖5是對(duì)上述循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)對(duì)大氣污染新標(biāo)準(zhǔn)舉措的總結(jié)。

圖5　循環(huán)流化床鍋爐環(huán)保改造技術(shù)路線

5結(jié)論

(1)循環(huán)流化床中燃燒生成的氮氧化物的主要來源是燃料型氮氧化物，且生成的燃料型氮氧化物一般低于10%。結(jié)合半干旋轉(zhuǎn)噴霧法脫硫工藝(SDA)和SCR，氮氧化物的脫除效率可達(dá)到95%，但遺憾的是循環(huán)流化床中高灰分的環(huán)境不適合使用SCR。SNCR的脫除效率雖然相對(duì)較低，通過延長(zhǎng)還原劑在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間，并提高與煙氣的混合程度，脫硝率可超過70%。因此，對(duì)SNCR技術(shù)加以控制和調(diào)整完全可以滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(2)較之煤粉鍋爐，循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)脫硫能達(dá)到較好的脫硫效果，但仍無法滿足最新的排放標(biāo)準(zhǔn)，石灰石-石膏濕法脫硫具有技術(shù)成熟，脫硫效率高，負(fù)荷適應(yīng)性好等特點(diǎn)，建議在爐內(nèi)脫硫的基礎(chǔ)上增加該工藝來配合脫硫。

(3)作為靜電除塵器和袋式除塵器的有機(jī)結(jié)合, 電袋組合式除塵器充分發(fā)揮了兩種除塵器各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在電廠除塵方面應(yīng)用前景較好。

參考文獻(xiàn):

[1]李斌,李建鋒,呂俊復(fù),等. 我國(guó)大型循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀[J]. 鍋爐技術(shù),2012,43(1):22-28.

[2]朱勁松, 董志乾, 鄭天陽, 等. 300MW 循環(huán)流化床鍋爐脫硫脫硝特性分析[J]. 節(jié)能與環(huán)保, 2007, (3): 44-46.

[3]李鵬飛, 俞非漉, 朱曉華. 鈣基循環(huán)流化床燒結(jié)煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)[C]. 2013 年全國(guó)冶金能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會(huì)論文集, 2013.547-550.

[4]馮俊凱，岳光溪，呂俊復(fù). 循環(huán)流化床燃燒鍋爐[M]. 北京：中國(guó)電力出版社, 2003.

[5]張磊, 楊學(xué)民, 謝建軍, 等. 循環(huán)流化床燃煤過程 NOx 和 N2O 產(chǎn)生-控制研究進(jìn)展[J]. 過程工程學(xué)報(bào), 2006, 6(6): 1004-1010.

[6]余潔. 循環(huán)流化床鍋爐的污染物排放與控制探討[J]. 煤質(zhì)技術(shù), 2012， (3): 46-49.

[7]王鳳君, 姜孝國(guó), 張志偉. 循環(huán)流化床鍋爐深度脫硝技術(shù)[J]. 鍋爐制造, 2013， (1): 37-39.

[8]李穹, 吳玉新, 楊海瑞, 等. SNCR 脫硝特性的模擬及優(yōu)化[J]. 化工學(xué)報(bào), 2013, 64(5): 1789-1796.

[9]李穹. 循環(huán)流化床鍋爐 SNCR 脫硝關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)[D]. 北京：清華大學(xué), 2013.

[10]屈衛(wèi)東, 周建強(qiáng), 楊建華, 等. 循環(huán)流化床鍋爐 SNCR 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用[J]. 熱力發(fā)電, 2014，41 (3): 133-136.

[11]Li J,Yang H, Wu Y, et al. Effects of the updated national emission regulation in China on circulating fluidized bed boilers and the solutions to meet them[J]. Environmental science & technology, 2013, 47(12): 6681-6687.

[12]王方群, 杜云貴, 劉藝, 等. 國(guó)內(nèi)燃煤電廠煙氣脫硝發(fā)展現(xiàn)狀及建議[J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2007， (1): 18-22.

[13]郭永強(qiáng). 燒結(jié)煙氣SCR脫硝技術(shù)淺析[J]. 環(huán)境工程，2014，(S1)：493-494,503

[14]周萍, 宋正華. 循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝工藝[J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2013， (9): 36-40.

[15]王岳軍，劉學(xué)炎，莫建松，等. 一種用于循環(huán)流化床煙氣凈化的SNCR脫硝工藝及裝置，CN 102626588A [P]. 2012.

[16]李玲燕. 循環(huán)流化床鍋爐脫硫飛灰的增濕脫硫研究[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué), 2007.

[17]Jia L, Tan Y, Anthony E J. Emissions of SO2and NOx during Oxy fuel CFB combustion tests in a mini-circulating fluidized bed combustion reactor[J]. Energy Fuels, 2010, 24(2): 910-915.

[18]Diego L F D, Obras-Loscertales M D L, Rufas A, et al. Pollutant emissions in a bubbling fluidized bed combustor working in oxy-fuel operating conditions: Effect of flue gas recirculation [J]. Applied Energy, 2013, 102: 860-867.

[19]Obras-Loscertales M D L, Rufas A, Diego L F D, et al. Effects of temperature and flue gas recycle on the SO2and NOx emissions in an Oxy-fuel fluidized bed combustor [J]. Energy Procedia, 2013, 37: 1275-1282.

[21]駱仲泱, 何宏舟, 王勤輝, 等. 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 動(dòng)力工程, 2004, 24(6): 761-767.

[22]馬雙忱. 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究 [D]. 保定： 華北電力大學(xué), 2002.

[23]蘭穎, 馬平. 濕法煙氣脫硫系統(tǒng)脫硫效率的影響因素分析[J]. 電力科學(xué)與工程, 2013, 29(7): 58-63.

[24]楊軍瑞. 袋式除塵器和靜電除塵器在電廠除塵系統(tǒng)中運(yùn)用的性能對(duì)比分析[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36(2)：18-19.

[25]唐超光, 涂銀平. 重點(diǎn)地區(qū)燃煤電廠應(yīng)對(duì)大氣污染物環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)控制對(duì)策研究[J]. 電力科技與環(huán)保, 2013,29 (1): 19-21.

[26]朱葉衛(wèi). 電袋復(fù)合除塵器在 300MW 循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用[J]. 神華科技, 2012, 10(5): 90-93.

[27]張得平. 鍋爐煙氣除塵技術(shù)及除塵器的選擇[J]. 大氮肥, 2008, 31(4): 241-244.

[28]李奎中, 莫建松. 火電廠電除塵器應(yīng)用現(xiàn)狀及新技術(shù)探討[J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào), 2013, 3(3): 231-239.

Reforming Analysis of Environmental Protection Technologies in Circulating Fluidized Bed Boiler

Ma Shuangchen1, Zhang Huaxian2, Zhu Sijie1, Lei Yu1, Yang Jing1(1. School of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University，Baoding 071003, China;2. Guanghua Co., Shanxi Electric Power Design & Research Institute，Taiyuan 030001, China)