cfb锅炉深度脱硫及脱硝技术方案研究

cfb锅炉深度脱硫及脱硝技术方案研究

0脱硫废水排放由于火力发电的污染，污染已成为中国能源工业的主要制约因素。治污减排是中国电力工业可持续发展亟待解决的重要技术问题。国家环境保护部2011年7月29日颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)规定,火力发电厂SO2及NOx排放质量浓度小于100mg/m3(标准状态,下同)。而对于折算硫分较高的煤种及挥发分较高煤种,采用炉内脱硫及分级燃烧技术,相当数量的CFB锅炉尚无法满足SO2及NOx排放的要求。为此,需要研究深度脱硫及进一步降低NOx排放的技术措施。1关于脱硫效率对已运行CFB锅炉的测试表明,对折算硫分Szs小于1g/MJ的燃料,当Ca/S摩尔比为2.0~3.0时,其脱硫效率可达到90%~98%,个别CFB锅炉甚至能够达到99%,相应的SO2排放值在100mg/m3以下,典型的工程实例如表1所示。由表1可知,对于福建Y电厂300MWCFB锅炉而言,在Ca/S摩尔比等于5时,脱硫效率达到99%。此时对应的SO2排放值为50mg/m3,虽然Ca/S摩尔比数值特别大,但煤的折算硫分相对较低(0.34%),故石灰石耗量为17.7t/h,约为入炉煤量的10%,所以采用炉内脱硫技术在经济上也是可以接受的。而对于云南H电厂300MWCFB锅炉,即使在Ca/S摩尔比等于3.66、脱硫效率98.16%时,SO2排放值为211mg/m3。因此,对于折算硫分Szs=2.25g/MJ的燃料,仅采用炉内脱硫SO2排放值已无法满足新的环保标准的要求。CFB锅炉的运行床温宜控制在850~920℃,过量空气系数为1.05~1.12,可实现低温燃烧和分级燃烧。在合适的运行参数下,一般CFB锅炉NOx的排放可控制在70~200mg/m3,但也有个别挥发分较高的煤种,NOx排放达到250mg/m3。2so2排放值的预测煤的折算硫分Szs与原始SO2排放值呈较好的线性关系,而收到基含硫量Sar与原始SO2是多值性关系。对于不同煤种同样的收到基含硫量Sar,由于发热量差别很大,其原始排放值可能差别很大。例如,当收到基含硫量Sar约为1.5%时,原始SO2排放值可在3200~5200mg/m3之间变化。研究表明,以折算硫分作为判别煤中含硫量的大小更为科学。SO2排放值CSO2(mg/m3)可用下列公式预测式中:Szs为煤的折算硫分,g/MJ;Sar为煤的收到基含硫量,%;Qnet,ar,p为煤的低位发热量,kJ/kg;ηS-self为煤的自脱硫效率,%,CFB锅炉一般为20%~30%。上述计算公式中,在过量空气系数α=1.4时,煤1MJ发热量所产生的干烟气容积按0.3678m3/MJ进行估算,其误差在±5%以内。实际CFB锅炉的NOx排放值CNOx主要和氮转化率、炉膛温度及二次风口位置等因素有关,可用下列公式预测式中:Nzs为煤的折算氮含量,g/MJ;ηN-self为煤的自脱硝效率,%。3干法脱硫工艺对于Szs为1.0~2.5g/MJ的燃料,CFB锅炉需要采用炉内及炉外2级脱硫工艺,炉内脱硫效率90%(Ca/S摩尔比等于2.2),炉外脱硫效率90%(Ca/S摩尔比等于1.5),2级脱硫工艺的综合脱硫效率可达到99%,最终SO2排放值可控制在100mg/m3以下。2级脱硫工艺流程如图1所示。在华能BS热电厂300MWCFB锅炉的工程应用结果表明,炉外脱硫工艺可优化考虑采用循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)工艺。CFB-FGD为半干法脱硫工艺,其由吸收剂添加系统、循环流化床反应器、分离器以及自动控制系统组成。CFB反应器底部为布风装置(布风板或文丘里管),反应器下部密相区布置有石灰浆(或石灰粉)喷嘴、加湿水喷嘴、返料口等,反应器上部为过渡段和稀相区。CFB反应器的出口为分离器,分离器下部为立管和回料装置,它们用于分离反应器循环物料,并将循环物料送回循环流化床反应器。锅炉空气预热器出口的烟气从CFB下部布风装置进入反应器,维持循环流化状态。新鲜石灰浆(或干石灰与水)由压缩空气雾化后通过布置在反应器中央的两相流喷嘴进入反应器,在CFB反应器内,SO2、SO3及其他有害气体如HCl和HF与脱硫剂反应,反应产物由烟气携带出反应器。经分离器分离下来的固体颗粒返回CFB反应器进行循环,脱硫剂经过多次循环,延长了脱硫反应时间,提高了脱硫剂的利用率。工艺水用喷嘴喷入吸收塔下部,以增加烟气湿度降低烟温,使反应温度尽可能接近水露点温度,从而提高脱硫效率。从分离器出来的烟气及少量细颗粒进入除尘器进行最后除尘。除尘后的烟气温度为70~75℃,不必加热即可经烟囱排入大气。为使CFB锅炉进一步降低NOx排放值,达到深度脱硝的目的,可在炉膛出口处设置选择性非催化还原(SNCR)系统,典型CFB锅炉的SNCR系统由还原剂储槽、还原剂喷枪以及相应的控制系统组成(见图2)。还原剂可采用液氨或尿素溶液。还原剂在旋风分离器入口烟道上喷入时,烟气温度一般为800~920℃。烟气在分离器内有较长的停留时间,且喷入的还原剂与烟气在强旋流的作用下混合良好,因此可实现降低NOx的目的。4cfb锅炉采用snpr技术措施本文研究表明:对于折算硫分Szs小于1g/MJ的燃料,钙硫摩尔比在2.0~3.0时,CFB锅炉内脱硫效率可达90%~98%,相对应的SO2排放值小于100mg/m3;对于折算硫分Szs为1.0~2.5g/MJ的燃料,CFB锅炉需要采用炉内及炉外2级脱硫工艺,炉外采用半干法CFB脱硫方式时,2级综合脱硫效率可达到99%,SO2排放值可控制在100mg/m3以下;对于低挥发分难燃煤种(Vdaf≤15%),CFB锅炉采用炉内分级燃烧技术后,NOx排放值可稳定在100mg/m3以下;对于烟煤等高挥发分煤种CFB锅炉需要采用SNCR技术,其工程应用表明NOx排放值可达到小于50mg/m3。由此可见,CF锅炉采用合适的技术措施,能够实现SO2及NO的超低排放。用尿素溶液作为还原剂的SNCR系统在CFB锅炉上应用的典型实例是国内某热电厂2×30