240t/h循环流化床锅炉烟气
脱硝、脱硫、除尘超低排放改造
技
术
方
案
目 录
1 概述
1.1 项目名称
项目名称：××××××机组超低排放改造工程
1.2 工程概况
本工程为××××的热电机组工程。本期新建高温、高压循环流化床锅炉。不考虑扩建。同步建设脱硫和脱硝设施。机组实施烟气污染物超低排放改造，对现有的除尘、脱硫、脱硝系统进行提效，使机组烟气的主要污染物（烟尘、二氧化硫、氮氧化物）排放浓度达到燃气锅炉机组的排放标准(GB13223-2011)。
1.3 主要设计原则
为了保证在满足机组安全、经济运行和污染物减排的条件，充分考虑老厂的运行管理现状，结合省环保厅要求，就电厂本期工程的主要设计原则达成了一致意见。主要设计原则包括有：
1) 燃煤锅炉烟气污染物污染物超低排放改造可行性研究，主要包括处理100%烟气量的除尘、脱硫和脱硝装置进行改造，同时增设臭氧氧化污染物深度脱除系统，改造后烟囱出口烟尘排放浓度不大于10 mg/Nm3， SO2排放浓度不大于35 mg/Nm3；NOx排放浓度不大于50 mg/Nm3，达到天然气燃气轮机污染物排放标准。
2) 装置设计寿命为30年。系统可用率≥98%。
3) 设备年利用小时数按7500小时考虑。
4) 减排技术要求安全可靠。
5) 尽量减少对原机组系统、设备、管道布置的影响。
6) 改造时间合理，能够在机组停机检修期内完成改造。
7) 工艺应尽可能减少噪音对环境的影响。
8) 改造费用经济合理。
2 燃煤CFB锅炉烟气污染物超低排放方案
根据业主提供资料，本着提高电厂燃煤效率、响应国家环保标准的原则，为实现热电燃煤锅炉烟气污染物超低排放的目标，对原脱硫系统、脱硝系统及除尘系统进行改造，提出SNCR脱硝系统增效改造、循环流化床反应器改造、改造布袋除尘器、加装臭氧氧化系统及其辅助设备，实现燃煤烟气污染物超低排放。
2.2.1原有SNCR介绍
本工程采用选择性非催化还原法(SNCR)脱硝工艺，还原剂为尿素。采用循环流化床锅炉，燃用设计煤种、校核煤种、投入设计石灰石，锅炉最大连续出力工况(BMCR)、处理100%烟气量、锅炉原始设计氮氧化物排放浓度不高于200mg/Nm3 (6％含氧量，标态干烟气)条件下脱硝效率≥50％。雾化喷枪设置在旋风分离器内侧，共六支。
2.2.2改造方案与技术特点
对于此浓度范围的氮氧化物脱硝，若过分增加SNCR的效率，则尿素消耗量急剧上升，并且存在严重的氨逃逸问题。而增设催化还原脱硝系统，则投资过大，且系统改造难度较高。为此，建议增加喷枪数量，同时采用氧化脱硝进行辅助，从而实现脱硝的超低排放。
在氧化脱硝过程中，最关键的技术环节是如何提高氧化剂的利用率，而导致氧化剂利用率降低的最主要因素是二氧化硫的竞争反应。选择性氧化脱硝技术的基本原理为氧化剂氧化法脱硝主要是利用氧化剂的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在洗涤塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。已有的研究证明，在所有可选择的氧化剂中，臭氧是最为有效的NO氧化剂，而双氧水单独则无明显作用。亚氯酸钠虽然也有一定的氧化效果，但由于其含氯易导致严重的设备腐蚀。
根据臭氧及双氧水与氮氧化物和二氧化硫之间的化学反应特性可知，在气相条件下（无滴状水或水雾存在），臭氧与NO的反应速率远高于臭氧与二氧化硫间的反应速率，在这种情况下，臭氧对NO氧化的选择性非常高，被二氧化硫所消耗的臭氧很少，所以在烟气进入脱硫塔之前的“干燥”条件下，非常有利于发挥臭氧的氧化脱硝作用。主要涉及的反应如下：
NO+O3→NO2，N2O5 等
上述反应在“干燥”情况下可快速进行，臭氧的利用率很高。
经过臭氧氧化的氮氧化物（主要以NO2存在），可在下游烟气脱硫设备中，得到高效去除。
在设备设计方面，结合氧化剂使用的量、场内布置条件，特别是电厂周边条件等，选择液氧为原料气体。主要特点如下：
1）技术成熟，系统运行可靠性好。选择氧化脱硝技术脱硝效率最高通常可以达到50%以上，使脱硝系统最终出口的氮氧化物排放会达到≤50mg/Nm3的标准。
2）只需对风机后烟道进行加装布气装置，并不对锅炉进行改造，简单易行控制方便。
3）能够满足锅炉50%~100%BMCR负荷情况下的脱硝要求，保证出口NOx含量满足排放要求。
4）系统简单，反应迅速，易于控制，是技术经济安全综合优势较好的选择。脱硝装置无二次污染，脱硝产物为完全吸收，完全无害。
经过技术经济和安全性的综合比较分析，结合本工程具体情况，并综合考虑各方面的因素，采用SNCR增效+选择氧化脱硝改造的方案。
2.2.3性能保证
序号 | 项目 | 小改方案 |
1 | NOx排放浓度 | ＜50 mg/Nm3 |
2 | 飞灰含碳量 | 不升高 |
3 | 排烟温度 | 不升高 |
4 | 炉膛出口烟温偏差 | ＜50℃ |
5 | 锅炉效率 | 不降低 |
6 | 风机电耗 | 不变 |
2.3.1原有脱硫除尘系统简介
本工程采用干法脱硫除尘一体化工艺，按炉内脱硫率为85%进行设计，保证净烟气SO2浓度≤100mg/Nm3。同时系统满足在不需改变任何工艺设备，只需增加吸收剂加入量，即可满足净烟气中SO2浓度小于100mg/Nm3的要求。
脱硫后采用布袋除尘器，布袋除尘器同时适应脱硫装置运行和不运行时的烟气与粉尘条件，并保证布袋除尘器出口粉尘浓度不大于30mg/Nm3。
脱硫除尘岛采用一炉一套独立的系统，所有的工艺、电气、仪表均为一炉一套。
通常情况下，炉内石灰石煅烧产生的生石灰能够满足炉外脱硫时的生石灰用量要求。但当炉内脱硫不能满足要求或者循环灰中生石灰含量不足以满足炉外脱硫的要求时，需要通过另行添加生石灰来满足炉外脱硫的要求，生石灰粉经过干式石灰消化器消化后，生成的消石灰干粉输送至消石灰仓，然后根据脱硫需要，计量调节吸收剂加入到脱硫塔中进行脱硫反应。
本工程也可采用电石渣做脱硫剂。
经过考察，×××热电原半干法脱硫工艺运行时间超过2年，运行期间经常结壁，结壁区域无明显规律可循，同时排放SO2浓度不稳定偶尔超标。从运行参数和状况分析，可能是雾化系统和吸收塔内流场问题。
2.3.2清洁排放目标
烟囱出口SO2的排放浓度从100 mg/Nm³降低到35 mg/Nm3以下，实现烟气排放指标优于重点地区排放要求，达到《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中燃气轮机组的SO2排放指标，实现燃煤锅炉SO2超低排放改造目标。
2.3.3脱硫系统提效技术简介
经SNCR脱硝工艺完成NOx脱除后，烟气进入循环流化床反应塔，在塔内烟气与形成流化状态的吸收剂物料接触，在喷水降温共同作用下，其中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后，利用织密滤袋及表面滤饼层，两级滤袋过滤脱除。
(一) 调整吸收塔内流场的均匀性
循环流化床半干法脱硫工艺吸收塔中，气、固混合程度是其内部反应的决定性因素之一，吸收塔内文丘里的气流分布将直接影响吸收塔内床层的稳定性。
(二) 增加导灰环
吸收塔结壁是造成循环流化床半干法脱硫装置无法可靠运行的主要原因之一，因此，要提升装置的可靠性，必须先处理好结壁问题。循环流化床半干法脱硫工艺吸收塔内是“灰包水”反应,只有避免液态水与反应器的直接接触，才能降低结壁的风险。 在反应器直筒段每隔4~5 m安装导灰环装置，其目的在于将湿灰导向吸收塔中心，避免湿灰直接贴壁，可最大限度降低吸收塔内结壁的风险，保证了系统的正常稳定运行。
(三) 延长化学吸收反应时间
烟气中的SO2 与吸收剂的反应是在液相离子状态下发生的，延长液相挥发时间可增加化学吸收反应时间，从而提高脱硫效率。 因此，液体雾化粒径的大小尤为重要，过大则蒸发时间过长，不但增加设备的投资，也增加了结壁风险；过小则反应时间过短，不利于效率的提升。本项目选择了高压回流式雾化喷枪，平均粒径(D32)为200μm。
(四) 提高吸收塔内循环灰浓度
循环流化床半干法脱硫工艺中，吸收塔内循环灰浓度是影响脱硫效率的又一关键因素，循环灰浓度越高，则脱硫效率越高。 常规半干法脱硫工艺，吸收塔内循环灰浓度通常为800 ~1 000 g∕m3。为提高脱硫效率，将循环灰浓度控制在 1 000 ~1 200 g∕m3；为防止塌床，须对文丘里进行相应的改造，缩小喉口尺寸，将喉口流速从45 m∕s提高到50m∕s。
(五) 降低近绝热饱和温度
反应器出口烟气温度与烟气绝热饱和温度之差称为近绝热饱和温度(△T)，△T的降低能促进脱硫效率的提高。 △T越低，烟气的含湿率越大，液滴干燥时间就越长，化学吸收反应时间也越长，从而脱硫效率就越高。 改造后，吸收塔出口烟气温度控制在75℃左右，增加烟气含湿率，同时避免糊袋的发生。
由于除尘需要做到粉尘排放低于10mg/Nm3，考虑首先要保证过滤风速低于0.7m/min，减小除尘器的漏风率，漏风率控制在最低；其次采用高硅氧覆膜滤料，同时清灰的脉冲阀采用低压的4”活塞式脉冲阀，尽量减少因为清灰造成的排放超标。
2.4.2改造方案
2.4.2.1降低过滤风速到0.7m/min，就是要增加滤袋过滤面积。其方法要么增高布袋长度，要么增加布袋分布数量。考虑到原布袋的规格φ165x8000，如再增加高度，一般的脉冲阀清灰时的脉冲压力很难达到超过8米的φ165的滤袋底部，运行时会造成清灰效果不好，相对来说就是没有增加过滤面积。在不改变整个布袋除尘器外形的情况下，考虑采用φ130x8000的滤袋代替原滤袋，在原有花板布置的空间，更换花板，更换脉冲阀（采用4”活塞式脉冲阀，喷吹压力0.2-0.25MPa），更换喷吹管，更换袋笼。更换滤袋后过滤面积11903m2，过滤风速0.69m/min。
2.4.2.2取消旁路阀（如有），取消提升阀（如有），取消中间进气空间（一般有2000-2600空间），采用喇叭口形式进气，花板底部净空，所有支撑板去除，采用型钢支撑花板，仔细检查焊缝的密封性。
2.4.2.3滤袋及袋笼的选择。滤布选用PPS+PTFE浸渍+表面超细纤维（或能满足超净排放要求含尘浓度≤10mg/Nm3的滤料）；袋笼能满足超净排放要求含尘浓度≤10mg/Nm3的滤料的要求。
2.4.2.4清灰程序的完善。半干法脱硫的布袋除尘器是脱硫系统的一部分，系统需要与脱硫系统紧密配合，主要的是清灰系统的程序控制，做到能满足脱硫系统循环灰正常运行及粉尘排放的双重要求。
2.4.3设计参数及改造前后对比如下：
项目 | 单位 | 数值 |
煤的含硫量 | （％） | 1.8 |
烟气量（工况） | （m3/h） | 498000 |
进口粉尘浓度 | （mg/Nm3） | 63497.19（设计煤种） 73955.92（校核煤种） |
出口SO2浓度 | （mg/Nm3） | ≤35(6% O2,dry) |
除尘粉尘浓度 | （mg/Nm3） | ≤10(6% O2,dry) |
2.4.4脱硫除尘系统提效方案小结
综上所述，通过对现有脱硫除尘工艺改造，脱硫塔出口SO2排放浓度小于35mg/Nm3，通过对除尘器进行改造，可实现粉尘浓度排放低于10mg/Nm3。。
2.5.2提效改造后引风机参数
2.5.2.1提效改造后引风机入口流量：
待补充
2.5.2.2本次提效改造后引风机克服系统阻力：
