燃煤锅炉烟气深度处理技术介绍

1、燃煤锅炉烟气深度处理技术介绍 苏州热工研究院 华南理工大学 燃煤锅炉烟气深度处理技术介绍王建中 冯肇霖苏州热工研究院 华南理工大学摘要：火电厂大气污染物排放标准 (GB13223-2011) ，对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了严格的规定，这对燃煤锅炉烟气的处理提出了更深度的要求。如何高效，合理的应对新标准，本文列举了热电行业对新标准执行的应对对策以及燃煤锅炉烟气深度处理中遇到的问题及系统简介。关键词：除尘净化 脱硫 脱硝 除雾前言：为有效遏制污染物排放，提高大气质量，于2004年1月1日起执行的火电厂大气污染物排放标准 (GB13223-2003) ，对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值

2、都做了严格的规定，至2010年最高允许排放浓度按区域和时段，要求燃煤锅炉烟尘50mg/Nm3，二氧化硫400mg/Nm3，氮氧化物 450mg/Nm3，且要求预留烟气脱除氮氧化物装置空间。自2012年1月1日起实施GB13223-2011，对燃煤锅炉的烟尘排放限制为30mg/m3，对国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染物排放的地区燃煤锅炉烟尘的排放限值为20mg/m3，比GB13223-2003所执行的排放指标提高了近一倍！珠江三角、长三角、京津唐地区作为重点地区，所面临的环境保护压力也会比一般地区大。一、

3、 火电厂大气污染物排放标准 GB13223-2003升级为GB13223-2011的政策说明GB13223-2011 ，对燃煤锅炉的二氧化硫排放限值控制在100mg/m3，除了 2003年 12 月 31日前建成投产的锅炉、W型火焰炉膛锅炉、现有循环流化床锅炉采取 200 mg/m3 的排放限值外，对重点地区的火力发电锅炉二氧化硫排放限值控制在50mg/m3。GB13223-2011 ，对燃煤锅炉的氮氧化物排放限值控制在 100mg/m3，除了 2003年 12 月 31日前建成投产的锅炉、W型火焰炉膛锅炉、现有循环流化床锅炉采取 200 mg/m3 的排放限值外，对重点地区的火力发电锅炉氮氧

4、化物排放限值控制在100mg/m3，这项标准达到甚至优于发达国家的排放标准 。此外GB13223-2011还新增汞及其化合物的重金属污染物排放限值。对燃煤锅炉的汞及其化合物排放限制为0.03mg/m3。二、热电行业对新标准执行的应对对策2.1热电行业常见污染物去除工艺简介2.1.1除尘净化装置的分类 机械式除尘器：重力沉降室、惯性除尘器，旋风除尘器等； 湿式洗涤器：如旋风水膜洗涤器、喷雾洗涤器、文丘里洗涤器等； 过滤式除尘器：如袋式除尘器等； 电除尘器：如干式电除尘器、湿式电除尘器等。 分离固体粒子的除尘器，有些也适用于分离悬浮于气体中的液体粒子。如除沫器或者除雾器等。2.1.2 常见燃煤二氧

5、化硫污染控制技术介绍目前世界上所拥有的燃烧后脱硫技术（FGD）有上百种之多，这些工艺主要包括：(1)湿法脱硫技术，共占全世界FGD装置总量的85%左右，其中石灰-石膏法约占36.7%，其它湿法脱硫技术约占48.3%；(2)半干法脱硫技术，主要包括喷雾干燥脱硫技术、炉内喷射吸收剂/增温活化脱硫技术等，约占全世界FGD装置总量的近10%；(3)干法脱硫技术，包括烟气循环流化床脱硫技术、等离子体脱硫技术等 据统计，全球燃煤电厂已有近千台烟气脱硫装置，总装机容量达240GW。 2.1.3 常见NOx控制技术的介绍 所采用的技术脱硝效率% 工程造价运行费用1. 低氮燃烧技术 (LNB, etc.)25-

6、40较低低2. SNCR技术25-40低中等3. LNB + SNCR技术40-70中等中等4. SCR技术80-90高中等5. SNCR/SCR 混合技术40-80中等中等6.等离子脱硝技术80较低较低国内SCR脱硝常规布置方式锅炉负载信号省煤器混合器液氨蒸发槽液氨储槽液氨缓冲槽氮氧化物监视器烟囱脱硫DeSOxFIC空预器电除尘锅炉脱硝DeNOx稀释风机FDFSNCR、SCR等技术脱除NOx的原理控制燃烧条件,从而控制NOx的生成控制燃烧温度，控制燃料和空气的混合速度与时机。采用该原理的主要技术包括低氮燃烧器、OFA分级送风等。在烟气中脱除NOx4 NO + 4 NH3 + O2 - 4 N

7、2 + 6 H2O 6 NO2 + 8 NH3 + O2 - 7 N2 + 12 H2O (条件1:温度900-1100; 条件2:使用催化剂,温度320-400 .)采用以上原理产生并应用较多的有选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR) 、SCR/SNCR混合法技术等。 SCR, SNCR, SNCR/SCR及的技术参数比较 项目SCR混合型SNCR/SCRSNCR反应剂以NH3为主可使用NH3 或尿素可使用NH3 或尿素反应温度320 400前段：900 1,100后段：320 400900 1,100催化剂主要由TiO2, V2O5 WO3组成后段加装少量催化剂，主

8、要由TiO2, V2O5, WO3组成不使用催化剂脱硝效率80 90%可达80%以上2540%反应剂喷射位置多选择于省煤器与SCR反应器间烟道内综合SCR和SNCR通常炉膛内喷射2.1.4等离子脱硫脱硝的工作原理l 目前国内可以同时脱硫脱硝的工艺很少，而且效率不稳定，等离子体气体净化技术是近年国际研究热点，被认为是最具发展前景的综合技术。其最大的优点在于能同时去除烟气中 SOx、NOx、VOCs、重金属等多种污染成分，在烟气净化技术领域，已成为我国重点支持的科技方向之一。l 本系统采用氨法复合等离子技术对烟气进行脱硫脱硝。采用先进的A CD C( 交直流叠加) 电源产生流光放电，在大的电场形成

9、高浓度活性粒子，即等离子体。这些活性粒子能够直接或间接作用于SOx和NOx，并将亚盐氧化为正盐，同时产生等离子体的高压电场还能捕集微细的雾粒。它充分利用了等离子体自由基的强氧化性和氨吸收的化学特性实现脱硫脱硝，并产生副产物化肥。等离子脱硫脱硝工业化试验实例2.2.1面对烟尘排放限值提高的应对对策l 现有除尘设备扩容l 现有除尘设备整改l 现有除尘器拆除新上设备（如电除尘器改电袋除尘器）2.2.2 面对二氧化硫、氮氧化物排放限值提高的应对对策l 在脱硫剂中添加脱硝剂，脱硫脱硝同步进行l 在脱硫装置后新增脱硝设备（如SNCR、SCR或SNCR-SCR）l 利用等离子设备同时脱硫脱硝三、燃煤锅炉烟气

10、深度处理系统简介3.1燃煤锅炉烟气深度处理系统技术思路的提出l 3.1.1各相关标准不断修订（如火电厂大气污染物排放标准 （GB13223-2011）等） ，排放指标限值进一步收紧，环境形势倒逼。l 3.1.2珠江三角洲环境保护规划纲要（2004-2020年） 逐步淘汰燃煤锅炉。到2010年淘汰所有4吨/小时（含）和使用8年以上的10吨/小时以下的燃煤锅炉，实施集中供热或改用油、气、电。l 3.1.3广东省珠江三角洲大气污染防治办法（广东省人民政府第134号第十一条） 地级以上市人民政府应当根据本行政区内大气污染防治的需要淘汰高能耗、重污染的工业锅炉、窑炉，积极发展低能耗、轻污染或无污染的工业

11、锅炉、窑炉。地级以上市人民政府应当根据大气污染防治的需要划定行政区域内燃料限制区，限制区内禁止新建普通燃煤、燃重油锅炉。l 3.1.4锅炉运行成本对比（以4t/h为例,按每天单班、年360天运行计算）锅炉类型燃料消耗量（kg/h)燃料单价（元/kg）小时燃料费用（元）年燃料费用（万元）年增加费用（万元）燃煤锅炉6400.85544158以此为基数作对比生物质锅炉7801.078022769水煤浆锅炉6351.3825313155天然气锅炉306Nm3/h4.5元/m31377402244重油锅炉2985.01475430272轻油锅炉2637.21894553395l 众多中小型燃煤锅炉面临被

12、淘汰、或被迫改为燃价格更高的清洁燃料，对企业的经济效益甚至生存都产生严重的影响。l 经燃煤锅炉烟气深度处理系统处理后的烟气排放效果优于燃生物质燃料、煤制气和天然气燃料锅炉的国家或地方排放指标。 烟尘20mg/Nm3，SO2 30mg/m3，NOX 100mg/m33.2燃煤锅炉烟气深度处理系统工艺流程3.2.1对于未配备除尘脱硫装置和经处理未达到新标准的中小型燃煤锅炉，按图一的系统进行配置烟气深度处理装置。3.2.2对于原已达标的锅炉，希望能满足更高的环保标准，可选择增加静电除微尘除雾器，对烟气进行深度处理，去除汽雾、气溶胶、PM2.5、重金属物质，达到超低浓度排放。工艺流程图如下：3.3燃煤

13、锅炉烟气深度处理系统工作原理l 燃煤锅炉烟气首先经过静电消烟除尘单元得到级处理，消除了绝大部分的烟尘；然后进入气动乳化除尘脱硫单元进行二级处理，除去烟气中的二氧化硫，并进一步除去烟气中的烟尘；经过处理的烟气进入静电除微尘除雾单元进行三级处理，除去烟气中残留的重金属、微尘、二氧化硫、气溶胶物质和汽雾，完成烟气的深度处理，使经处理的烟气污染物达到超低浓度排放。3.4燃煤锅炉烟气深度处理系统单元简介l 3.4.1静电消烟除尘器l 静电消烟除尘器(ESP)是以高压直流电在两极间产生电晕放电，含烟尘气流通过该空间时，烟尘微粒被强制荷电，在库仑力作用下向极板运动，并被极板收集。l 静电消烟除尘过程可分五个

14、阶段：l （1）采用高压电场将气体电离，产生大量离子；l （2）烟气微粒获得离子而荷电；l （3）荷电微粒产生凝并；l （4）带电微粒向电极作定向移动，并被收尘极板收集；l （5）将电极上的积尘清除。l 因此其动态过程为：荷电-凝并-收集-清除。l 静电除尘器实用中的关键问题是绝缘与极配问题，绝缘良好才能加载足够高的电压，保证除尘效果；合理的极配形成一个不均匀电场，使电晕极产生最大的电场强度，而使气体电离，产生大量负离子，保证烟尘微粒达到饱和荷电，从而保证最佳的消烟除尘效果。3.4.2气动乳化脱硫工作原理l 经加速的待处理气体从过滤器下方进入过滤器，形成旋转气流，与过滤器上端流下的液体相遇，气

15、体高速旋切液体并将液体托住反复破碎，液粒变得越来越细微，气液充分混合并在恰当的参数匹配下形成一段动态稳定的液滴悬浮层称之为乳化层。当气体的托力与液滴重力平衡后，最早形成的悬浮液将被新形成的悬浮液所取代，带着捕集的杂质排出过滤器，气体得到净化。l 气动乳化脱硫除尘器由三部分组成，烟气先进入均气室，再进入气动乳化过滤元件组，最后通过气液分离室进入下一级静电除微尘除雾器。气动乳化脱硫工程应用实例3.4.3静电除微尘除雾器工作原理l 含有悬浮粒子的烟气通过静电除雾器入口喇叭，经气流分布板均匀流进入电场，悬浮粒子被荷电并在电场力作用下被吸附到集尘极上，烟气中的微尘、雾滴、气溶胶、PM2.5以及重金属等有

16、害物质基本上被有效吸附，从而达到将烟气进行深度处理和净化的效果。l 集尘极表面上的尘粒沉积到一定厚度后，由电场上方设置的喷水管路进行冲洗，冲洗水流入灰斗中，然后由灰斗排入沉淀池。湿法静电除微尘除雾应用实例3.5燃煤锅炉烟气深度处理系统特点l 高消烟除尘率：经过静电消烟除尘后的烟气，进入气动乳化脱硫的同时，也是进行深度除尘除黑烟的阶段。对普通方法难于达标排放的含超细粉尘和高浓度有害气体的净化有明显优势，对PM2.5的去除效率达99%；l 高脱硫率：能适应各种烟气，设计脱硫率90%-99.7%之间，是目前国内脱硫效果最好的技术；l 未级串接高效静电除微尘除雾器，高效去除烟气中残留的微尘、二氧化硫、

17、气溶胶物质和汽雾，完成烟气的深度治理，使经处理的烟气污染物达到超低浓度排放；l 脱硫剂不受限制：如石灰、石灰石、电石泥碱性物、碱性氧化物以及工业废液等均可作为脱硫剂；l 气动乳化脱硫是目前唯一不需要喷嘴的脱硫技术，没有喷嘴，不会堵塞，因而不会影响脱硫效率；l 运行成本低：由于气、液接触表面积大，相应的吸收液需要量少，一般在0.3-0.4L/m3之间，吸收液量少，相应设备规格小、功率小，年运行费仅为其他脱硫方式的30%；l 使用期长：整个脱硫设备，全部采用进口316L不锈钢制造，能耐高温、耐磨损、耐腐蚀，设计使用寿命可达10年以上；l 管理方便，运行可靠： 脱硫塔免维护、免操作、无需工人值守。 3.6中小型燃煤锅炉烟气深度处理设备的主要参数 l 设备基本参数：出口烟气含湿量5%，除尘效率99%，二氧化硫净化效率为95%-99%，阻力1000Pa，漏风率5%，循环液损耗量5%；l 设备进口烟气参数：含尘浓度50g/ m3，SO250g/