低热值煤泥煤矸石电厂超低排放技术路线研究

低热值煤泥煤矸石电厂超低排放技术路线研究

张瑞雪

（保德神东发电有限责任公司山西省忻州市保德县036600）

摘要：低热值煤泥煤矸石电厂超低排放改造，在改造过程中有多种技术工艺路线，本文进行对比，得出采用基于流态重构节能环保型循环流化床锅炉+炉内脱硫+SNCR+超净布袋除尘+静置式固定床脱硫脱硝装置工艺，该技术路线不仅能够满足机组污染物超低排放标准，而且还是比较经济科学的工艺技术路线。

关键词：超低排放；脱硫；脱硝除尘

随着我国经济和生活水平的日益提高，对环境给予的关注越来越大，我国在燃煤电站烟尘排放的控制方面，通过近30年的发展，除尘技术和水平均达到国际先进水平，烟尘排放已得到有效控制。本文作者根据多年工作经验，针对电厂燃用低热值的煤质情况下采用的超低排放技术路线对比，并结合超低排放改造后存在的问题和不足，给低热值煤泥煤矸石机组超低排放改造带来示范研究意义。

1低热值煤泥煤矸石电厂超低排放工艺技术路线对比

1.1工艺技术路线一

1.1.1超低排放型循环流化床锅炉炉内喷钙脱硫技术

循环流化床锅炉是一种燃料多次循环、低温燃烧的锅炉，炉膛温度一般在850℃~920℃，在此温度下，进入炉内的石灰石粉状颗粒能被煅烧出多孔的细小石灰粉粒，并与烟气中的SO2反应，从而脱出SO2，主要反应如下：

CaC03=CaO+CO2

CaO+SO2+1/2O2=CaSO4

CaO+SO3=CaSO4

炉内喷钙脱硫技术，最大的特点和优点是能自动定量的向炉内喷射石灰粉。整个运行过程中既能就地操作，又能由电厂的DCS系统自动控制操作，并能显示各项运行参数，煅烧后石灰石粉状物在高倍率（大于25次）的循环流床内反复多次参与脱硫反应，在床温比较低的情况下，反应更加充分，不产生浪费，在Ca/S小于2.5时，锅炉SO2原始排放浓度可以较好的控制在50~100mg/m3，适当提高Ca/S既可以实现小于35mg/m3的目标，当燃料变化或燃烧不稳定时，可以通过炉后深度脱除措施实现长期稳定超低排放。目前来看，炉内喷钙技术系统装置最为简单，一次性投资最省，原材料成本最低。

1.1.2SCR脱硝技术

选择性催化还原（SCR）技术是一种高效的电站烟气脱硝技术，是在烟气中加入还原剂（最常用的是氨和尿素），在一定条件下，还原剂与烟气中的NOX反应，生成无害的氮气和水，主要反应如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3H20

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

4NH3+3O2→2N2+6H2O

4NH3+3O2→4NO+6H2O

在没有催化剂的前提下，上述反应只在很窄的温度范围（800℃~1200℃）进行。SCR技术采用催化剂，催化反应使反应活化能降低，反应可在更低的温度条件（320℃~400℃）下进行。SCR系统商业运行的脱销效率约为80％~90%，尽管SCR技术比较成熟，效率也高，但是，初期投资高，需要定期更换，由于煤泥、煤矸石燃料是洗煤过程中产生的副产品，热值低，热值变化大，在煤炭形成和洗煤过程中，有很多金属元素和化学元素，再加上本身热值低燃烧效率总起来要比煤粉炉要低，使得烟气成分比较复杂，运行中容易对SCR催化剂产生不同程度的污染，其效率会逐步下降，况且这种污染不可逆。

1.1.3半干法脱硫技术

半干法脱硫工艺是指脱硫剂以湿态加入，利用烟气显热蒸发浆液中的水分。在干燥过程中，脱硫剂与烟气中的SO2反应，生成干粉状的产物，通常采用石灰粉消化制浆作为脱硫剂。若配合使用袋式除尘器，或可提高10％~15%脱硫效率，主要采用旋转喷雾干燥法。该工艺主要用于电站锅炉脱硫。

（1）半干法脱硫系统工艺原理

Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O

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

Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O

Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+2H2O

CaSO3+1/2O2=CaSO4

（2）旋转喷雾干燥法。旋转喷雾干燥法又称LSD法，是以石灰粉为脱硫剂，经加水消化并制成消石灰乳，用泵打入吸收塔内的雾化装置，被旋转喷雾轮雾化成细小的液滴与烟气中的SO2反应。半干法脱硫技术近2年应用比较广泛，技术也逐步成熟，缺点是占地面积大，初期投资高，原材料成本高。

1.1.4超净布袋除尘技术

布袋除尘的工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用。滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。通过选择较低的过滤流速，设计专用灰斗，配备高效布袋，在低热值循环硫化床锅炉原始粉尘含量高达30~50g/m3的情况下实现出口浓度小于5mg/m3。

1.2工艺技术路线二

（1）超低排放型循环流化床锅炉炉内脱硫、超净布袋除尘工艺同工艺路线一。

（2）SNCR脱硝技术。选择性非催化还原（SNCR）技术是用氨水、尿素溶液等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应。还原剂喷入炉膛温度为800℃~1200℃的区域，还原剂迅速蒸发和热分解成NH3，并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器，还原的原理主要为：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（NH3为还原剂）

2NO+CO（NH2）2+1/2O2→2N2+CO2+2H2O（尿素为还原剂）。

不同还原剂有不同的反应温度范围，NH3的最佳反应温度区为850℃~1100℃。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOX还原率降低，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOX还原率降低，也会造成尾部受热面的堵灰。但是，SNCR系统初期投资少，系统简单，运行费用稍高。

（3）增湿活化反应塔技术。活化反应塔采用独有的喷淋除尘技术，细微烟尘颗粒经增湿凝结并变成大颗粒后被除尘器高效脱除。增湿活化实现SO2高经济性高可靠性超低排放。该技术存在初期投资大，占地面积大等问题。

1.3工艺技术路线三

1.3.1超低排放型循环流化床锅炉、炉内喷钙脱硫、SNCR、超净布袋除尘工艺技术同工艺路线二。

1.3.2静置式固定床脱硫脱硝技术

静置式固定床脱硫脱硝装置是新型干法烟气处理工艺：一体化干法脱硫无氨催化脱硝工艺，设计脱硫效率大于95%，脱硝效率大于70%，末端净脱尘效率大于80%。

（1）静置式固定床干法脱硫、无氨催化脱硝工艺技术。采用罗氏脱硫脱硝工艺，即干法脱硫、低温无氨催化氧化脱硝工艺，在已有烟囱前之合适位置将烟气通过脱硫脱硝装置，烟气中的氮氧化物和硫氧化物即被有效去除并达标排放。

（2）罗氏干法脱硫。该法采用氧化催化剂把烟气中的二氧化硫与烟气中残余的氧气反应生成三氧化硫，然后被氢氧化钙吸收生成硫酸钙：

SO2+1/2O2→SO3

SO3+Ca（OH）2→CaSO4+H2O

（3）罗氏无氨催化脱硝技术。本方法不使用氨气，采取催化剂脱硝。首先烟气中的氧气和一氧化氮在催化剂上催化反应生成二氧化氮，二氧化氮被烟气中一般都存在的CO还原成为氮气并生成二氧化碳。如果烟气中无一氧化碳或其量不足，则二氧化氮可以被碱吸收：2NO+O2→2NO2

2NO2+4CO→2N2+4CO2或3NO2+Ca（OH）2→Ca（NO3）2+NO+H2O

罗氏催化剂为高效复合氧化催化剂，无毒无二次污染，可以在较宽和较低温度范围内（室温至300℃以下）将NO氧化为NO2，NOx去除效率可达到90%。过程简单，操作方便，投资运行成本均较低。由于不使用氨气，无安全隐患。

2三种技术工艺路线对比

工艺一的优点：技术最成熟，应用较多；缺点：占地面积大，投资大，运行维护成本高。

工艺二的优点：系统比较简单，运行维护成本低，无二次污染，投资较小，缺点：工程应用较少。

工艺三的优点：系统简单，运行维护成本低，无二次污染，投资小，缺点：煤泥循环流化床锅炉无应用案例，属新技术、新工艺研发应用。

3结论

（1）结合低热值煤泥煤矸石电厂超低排放工艺路线及实例分析，采用基于流态重构的节能环保型循环流化床锅炉+炉内喷钙脱硫+SNCR+超净布袋除尘+静置式固定床脱硫脱硝装置工艺，技术路线不仅能够满足机组污染物超低排放标准，且投资小，系统工艺流程简单，能耗低，运行费用低，是比较经济科学的工艺技术路线。

（2）采用此工艺路线改造属于循环流化床锅炉超低排放改造示范技术路线，工程投产后应立即开展全面、系统的环保技术性能测试与评估工作，及时总结经验教训，反馈设计持续改进。

参考文献

[1]煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年），发改能源〔2014〕2093号.

[2]燃煤发电机组环保电价及环保设施运行监管办法，发改价格[2014]536号.