內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司 王少東

1 循環(huán)流化床鍋爐污染物的種類及成因

1.1 硫氧化物

某煤矸石電廠循環(huán)流化床鍋爐主要以煤炭等化石資源作為燃料，燃煤中含有一定成分的硫化物，在高溫條件下，燃煤持續(xù)析出硫分，在充分燃燒條件下使得硫分和氧氣進(jìn)行反應(yīng)，以二氧化硫作為反應(yīng)產(chǎn)物，以及在硫酸鹽經(jīng)過分解后產(chǎn)生二氧化硫。同時，為取得脫硫效果，需要在鍋爐運(yùn)行期間投入適量石灰石，石灰石在煅燒狀態(tài)下出現(xiàn)分解現(xiàn)象，產(chǎn)生二氧化鈣和氧化鈣，氧化鈣和二氧化硫相互接觸后進(jìn)行有氧反應(yīng)，最終形成硫酸鈣。而在循環(huán)流化床實(shí)際溫度超出標(biāo)準(zhǔn)溫度時，氧化鈣內(nèi)部結(jié)構(gòu)在高溫條件下發(fā)生變化，明顯降低二氧化硫和氧化鈣反應(yīng)速率，最終造成加快了硫酸鈣分解速度、所采集二氧化硫持續(xù)釋放的后果，總體產(chǎn)生更多數(shù)量的硫氧化物作為鍋爐污染物。

正常情況下，需要把循環(huán)流化床鍋爐的內(nèi)部溫度控制在900℃以內(nèi)，超出這一標(biāo)準(zhǔn)則會明顯增加污染物排放量[1]。為了控制污染物排放達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)超低排放要求，某煤矸石電廠進(jìn)行了超低排放改造，在引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)前增加了脫硫塔，采用福建龍凈環(huán)保股份有限公司循環(huán)流化床脫硫除塵一體化工藝，采用爐外二次脫硫，實(shí)現(xiàn)超低排放要求。

1.2 氮氧化物

氮氧化物是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行期間因煤粉燃燒產(chǎn)生的含氮氧化物總稱，以一氧化氮為主，占比在93%左右。鍋爐常溫燃煤期間，氮?dú)庠诟邷丨h(huán)境下進(jìn)行燃燒時持續(xù)產(chǎn)生一氧化氮和二氧化氮，以及少量在瞬間反應(yīng)時形成的物質(zhì)。同時，氮氧化物產(chǎn)生量和爐膛燃燒溫度、煤粉實(shí)際含氮量、氧氣含量等工藝參數(shù)有著密切聯(lián)系。以爐膛燃燒溫度為例，燃燒溫度和氮氧化物排放量成正比，燃燒溫度每提升10℃，則會新增1.5mg/m3左右的氮氧化物排放量，正常工況時把爐膛燃燒溫度控制在900℃以內(nèi)[2]。循環(huán)流化床鍋爐低負(fù)荷時氮氧化物排放量大，調(diào)整控制困難，某煤矸石電廠進(jìn)行了煙氣再循環(huán)改造，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)流化床鍋爐可調(diào)精準(zhǔn)送氧，低氮燃燒，使氮氧化物得到了有效的控制。

1.3 粉塵顆粒物

粉塵顆粒物包括飛灰、灰渣等，在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行期間，如果使用劣質(zhì)燃料，爐膛內(nèi)部無法充分進(jìn)行燃燒反應(yīng)，使得燃料持續(xù)產(chǎn)生飛灰，飛灰占比在30%以上，單位體積煙氣飛灰量是常規(guī)煤粉爐的2倍以上。同時，粉塵顆粒物排放情況受到鍋爐爐型、除塵設(shè)施種類、燃煤灰分等多項因素影響，執(zhí)行脫硝工藝與脫硫工藝時還會產(chǎn)生額外的次生物，此類次生物最終成為粉塵顆粒物的重要組成部分。

2 循環(huán)流化床鍋爐污染物的排放與控制技術(shù)

2.1 除塵技術(shù)

除塵技術(shù)以減少煙氣顆粒物排放量為應(yīng)用目標(biāo)，技術(shù)種類包括電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合式除塵，工作人員綜合分析燃煤性質(zhì)、現(xiàn)場運(yùn)行條件、鍋爐類型、飛灰性質(zhì)來選擇恰當(dāng)?shù)某龎m技術(shù)。

2.1.1 電除塵技術(shù)

在帶電條件下，憑借高壓電場作用力使得煙塵顆粒物出現(xiàn)電離現(xiàn)象，由于煙塵顆粒物所帶正負(fù)電荷存在差異，驅(qū)使顆粒向兩極運(yùn)動，最終附落在電極位置，后續(xù)采取振打、高壓水沖刷等物理手段，清理電極表面吸附的煙塵顆粒物，使其自然落入灰斗內(nèi)部，再由工作人員定期清理灰斗，即可把煙塵顆粒物實(shí)際排放量控制在較低水準(zhǔn)，避免煙塵直接排放而出現(xiàn)揚(yáng)塵、落塵、霧霾等環(huán)境污染問題。此項技術(shù)有著適用范圍廣、裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)管理、除塵效果不受爐膛燃燒溫度與粉塵濃度等因素明顯影響的優(yōu)勢，平均除塵效率在99.2%以上，可以把鍋爐出口煙塵濃度控制在20mg/m3以內(nèi)[3]。

同時，電除塵技術(shù)具體采取濕式電除塵、移動電極除塵、離線振打三種清灰形式。其中，濕式電除塵是在電極板附落帶電顆粒物后，使用水流沖刷電極板表面灰塵顆粒，以外排廢水或是中水作為補(bǔ)充水，可以額外起到減少三氧化硫與汞化合物的排放控制效果。移動電極除塵是配備移動電極板來預(yù)防反電暈現(xiàn)象出現(xiàn)，再使用清灰刷來刷除表面帶電顆粒物，可以預(yù)防二次揚(yáng)塵現(xiàn)象出現(xiàn)，但對除塵器的制造工藝、安裝質(zhì)量有著嚴(yán)格要求。離線振打是由除塵器定期關(guān)閉煙氣擋板或是煙氣通道，在切斷電源情況下，持續(xù)振打電極板表面，并通過調(diào)節(jié)配風(fēng)量來穩(wěn)定流場。

2.1.2 袋式除塵技術(shù)

袋式除塵技術(shù)本質(zhì)上屬于一類物理過濾技術(shù)，在鍋爐周邊配備袋式除塵器，根據(jù)顆粒重量來實(shí)施多種除塵手段，把重量較大的帶電顆粒物落入灰斗內(nèi)部，其他細(xì)小顆粒經(jīng)過濾料過濾后再掉入袋內(nèi)，工作人員定期清理濾口部位堆積物，從而高效去除流體內(nèi)顆粒污染物。此項技術(shù)有著良好環(huán)境適應(yīng)性，適用于各類發(fā)電廠項目，根據(jù)實(shí)際除塵需要做好除塵器選型配置工作，以燃料化學(xué)成分作為濾料選材依據(jù)，以燃料和煙氣化學(xué)成分作為濾袋選型依據(jù)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，袋式除塵器可以把有效除塵效率維持在99.5%以上，出口煙塵濃度不超過20mg/m3，配備小口徑濾網(wǎng)時可以把出口煙塵濃度控制在10mg/m3以內(nèi)。

2.1.3 電袋復(fù)合式除塵技術(shù)

某煤矸石電廠將原有的電除塵系統(tǒng)改造為由電除塵、袋式除塵兩項技術(shù)交織融合形成電袋復(fù)合式除塵，除塵系統(tǒng)率先把鍋爐排放的煙塵顆粒通過電極板進(jìn)行清除，再把剩余灰塵通過布斗進(jìn)行收集過濾，以此來取得更為理想的凈化排煙效果。正常情況下，配備工藝成熟的一體式電袋復(fù)合除塵器，除塵器出口煙氣濃度不超過5mg/m3，有著占地面積小、使用壽命長、過濾阻力低的優(yōu)勢。

2.2 脫硫技術(shù)

脫硫技術(shù)以控制硫氧化物等污染物實(shí)際排放量為應(yīng)用目標(biāo)，技術(shù)種類包括石灰石-石膏濕法脫硫、煙氣循環(huán)流化床脫硫、氨法脫硫等。各項技術(shù)的脫硫效率、運(yùn)行可靠性、能耗水平存在明顯差異，工作人員需要綜合分析二氧化硫入口濃度、項目所處地域、單機(jī)容量、鍋爐型號等因素，挑選最為適宜的脫硫技術(shù)。

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)。在鍋爐周邊配備噴淋式吸收塔，在吸收塔內(nèi)部投加含有石灰石粉末的吸收劑，把鍋爐所排放煙氣吸入吸收塔，控制煙氣和吸收劑相互接觸，從而吸收二氧化硫、氯化氫等酸性氣體，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生亞硫酸鈣等產(chǎn)物，再把產(chǎn)物強(qiáng)制進(jìn)行氧化反應(yīng)，最終獲取具備利用價值的石膏等副產(chǎn)品，把脫硫處理完畢的干凈煙氣經(jīng)由除霧器向外排放。此項技術(shù)有著工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)勢，平均脫硫效率超過98.5%，脫硫系統(tǒng)由吸收、煙氣、吸收劑制備、石膏脫水儲存等模塊組成，可以根據(jù)煙氣進(jìn)口側(cè)條件來動態(tài)調(diào)整脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)[4]。

煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。某煤矸石電廠改造后的脫硫系統(tǒng)由流化床吸收塔、塔外吸收劑等部分組成，空預(yù)器出口煙氣經(jīng)原有電除塵器除塵后，從底部進(jìn)入吸收塔，在吸收塔的進(jìn)口段，高溫?zé)煔馀c加入的消石灰、循環(huán)脫硫灰充分預(yù)混合，進(jìn)行初步的脫硫反應(yīng)；煙氣通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進(jìn)入循環(huán)流化床床體；物料在循環(huán)流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑落速度高達(dá)單顆?；渌俣鹊臄?shù)10倍；吸收塔頂部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步強(qiáng)化了絮狀物的返回，提高了塔內(nèi)顆粒的床層密度，使得床內(nèi)的Ca/S比高達(dá)50以上，SO2充分反應(yīng)。

鍋爐所排放煙氣先后經(jīng)過吸收塔和塔外吸收劑進(jìn)行循環(huán)處理，在吸收劑和煙氣接觸期間來脫除硫化物，脫硫效率取決于煙氣停留時間、反應(yīng)溫度、鈣硫比等條件，可以額外配備煙氣清洗模塊來維持吸收塔煙氣負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)。此項技術(shù)適用于以中低硫煤作為燃料的循環(huán)流化床鍋爐，把石膏副產(chǎn)物后續(xù)用于制備干粉砂漿、路基材料等用途。

氨法脫硫技術(shù)。配備吸收塔，以氨水、氨氣作為吸收劑，控制鍋爐所排煙氣和吸收劑相互接觸，接觸期間與二氧化硫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸銨、亞硫酸銨和剩余煙氣進(jìn)行二次反應(yīng)來生成亞硫酸氫銨，利用反應(yīng)產(chǎn)物來脫除煙氣所含的二氧化硫等污染物，并把最終產(chǎn)物作為肥料原料，實(shí)現(xiàn)回收利用目標(biāo)。根據(jù)實(shí)際脫硫情況來看，此項技術(shù)的平均脫硫效率超過98%，取決于吸收劑pH值、停留時間、塔內(nèi)氣流分布等因素，必須定期更換全新吸收劑，或是濾除吸收劑內(nèi)所含氯、氟等雜質(zhì)，以及在吸收塔上加裝超聲波團(tuán)聚器，從而保障脫硫效果、預(yù)防氨逃逸問題出現(xiàn)。

2.3 脫硝技術(shù)

脫硝技術(shù)以控制氮氧化物排放量為應(yīng)用目標(biāo)，當(dāng)前普遍搭配采取源頭治理技術(shù)和管道末端治理技術(shù)，源頭治理技術(shù)以低氮燃燒技術(shù)為主，管道末端治理技術(shù)包括選擇性催化還原技術(shù)、選擇性非催化還原技術(shù)，具體如下。

2.3.1 低氮燃燒技術(shù)

加裝低氮燃燒系統(tǒng)，配備低氮燃燒器，通過調(diào)節(jié)空氣流動方向，在燃燒器出口部位分級送風(fēng)，把空氣和煤粉相互混合，以此來減少氮氧化物生成量，簡單來講，通過改變氮氧化物生成環(huán)境來減少鍋爐爐膛出口氮氧化物實(shí)際排放量。此項技術(shù)有著工藝成熟、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，但氮氧化物減排效果會受到燃燒方式、發(fā)電機(jī)組容量等因素影響，平均減排率僅為20%～50%，實(shí)際減排效果并不理想。工作人員可以采取空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、低氮燃燒器燃料/空氣分級等其他技術(shù)，以氮氧化物減排率指標(biāo)要求、燃料種類、發(fā)電機(jī)組容量作為技術(shù)選擇依據(jù)。

某煤矸石電廠通過改造煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置1臺煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)，將煙氣從引風(fēng)機(jī)出口混合煙道抽取增壓后，經(jīng)煙氣再循環(huán)管路送往一次風(fēng)機(jī)入口，與新鮮的一次冷風(fēng)混合后，進(jìn)入爐膛參與硫化燃燒，降低了爐膛出口煙氣的含氧量，從而抑制了氮氧化物的生成，實(shí)現(xiàn)了低氮燃燒，使氮氧化物排放值得到有效控制。

2.3.2 選擇性催化還原技術(shù)

以脫硝還原劑作為催化劑，持續(xù)向鍋爐尾部投加催化劑，催化劑和煙氣相互接觸后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，把一氧化氮、二氧化氮等有害成分經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)來還原成氮?dú)?、水等無害成分。脫硝系統(tǒng)由還原劑儲存模塊、混合模塊、反應(yīng)器等部分組成，需要在省煤器和空氣預(yù)熱器間隔位置安裝反應(yīng)器。此項技術(shù)的平均脫硫效率超過90%，適用于運(yùn)行溫度在320～420℃以內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐。

2.3.3 選擇性非催化還原技術(shù)

以氨氣作為還原劑，持續(xù)向煙氣高溫區(qū)域注入還原劑，還原劑和煙氣充分混合，在900～1100℃高溫環(huán)境內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以氮氧化合物作為反應(yīng)產(chǎn)物。此項技術(shù)有著無需額外使用催化劑、脫硝成本低廉的優(yōu)勢，但對環(huán)境溫度條件有著嚴(yán)格要求，且平均脫硝效率較低，僅為35%～40%。

2.4 多污染物協(xié)同脫除技術(shù)

多污染物協(xié)同脫除技術(shù)也被稱為超低排放技術(shù)，強(qiáng)調(diào)對循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行期間產(chǎn)生的全部種類污染物進(jìn)行統(tǒng)一消除，把污染物實(shí)際排放濃度控制在《電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）等現(xiàn)行規(guī)范排放限值以內(nèi)。正常情況下，采取干法脫硫除塵一體化技術(shù)，使用脫硝溶液，持續(xù)把一氧化氮轉(zhuǎn)換為二氧化氮，二氧化氮、二氧化硫和吸收劑內(nèi)氫氧化鈣成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以此來去除大氣污染物和重金屬污染物，此項工藝有著造價成本低廉、脫硝脫氮效率高、工況適應(yīng)能力強(qiáng)、無二次污染與廢水排放的優(yōu)勢，平均脫氮效率在95%以上，平均脫硝效率在68%以上。

此外，也可采取半干法聯(lián)合脫硫脫硝脫汞技術(shù)，把一氧化氮經(jīng)過氧化處理后轉(zhuǎn)換為二氧化氮，二氧化氮、二氧化硫溶于水后與堿性吸收劑進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝目標(biāo)，并使用脫硫除塵裝置來脫除顆粒態(tài)汞成分，保持脫硫功能、脫硝脫汞功能獨(dú)立使用狀態(tài)[5]。