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1、循环流化床超低排放专题报告 目目 录录 1 大型流化床锅炉排放特性大型流化床锅炉排放特性1 1.1 超低排放的概念1 1.2 运行特点1 1.3 大型循环流化床污染物排放特性2 2 二氧化硫超低排放技术方案二氧化硫超低排放技术方案2 2.1 几种脱硫工艺简介2 2.2 脱硫工艺方案选择5 3 烟尘超低排放技术方案烟尘超低排放技术方案6 3.1 除尘技术介绍6 3.2 超低排放技术及应用情况12 3.3 结论16 4 氮氧化物超低排放技术方案氮氧化物超低排放技术方案17 4.1 循环流化床 NOX排放情况17 4.2 烟气脱硝工艺比选17 4.3 烟气脱硝还原剂选择21 4.4 脱硝技术方案选择
2、22 5 结论结论22 循环流化床超低排放专题报告 第 1 页 【内容摘要内容摘要】 由于循环流化床的燃烧特点，锅炉省煤器出口 Nox 浓度可控制在 150200mg/Nm3，另外采用 SCR 或 SNCR 脱硝技术使氮氧化物排放浓度小于 50 mg mg/Nm3。 通过炉内干法脱硫工艺，控制 SO2浓度小于 7002000mg/Nm3，然后采用石灰石湿 法脱硫工艺，控制 SO2排放浓度小于 10mg/Nm3。 炉后采用布袋除尘器技术，控制烟尘浓度小于 20mg mg/Nm3，另外采用湿法脱硫 协同除尘技术，控制烟尘排放浓度小于 5mg/Nm3。 1 大型流化床锅炉排放特性大型流化床锅炉排放特
3、性 1.1 超低排放的概念超低排放的概念 所谓的超低排放，简而言之，就是通过多污染物高效协同控制技术，使燃煤机组 的大气主要污染物排放标准达到天然气燃气机组的排放标准。 煤电节能减排升级与改造行动计划（20142020 年） 规定东部地区新建燃煤发 电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量 6%条件下， 烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于 10、35、50 毫克/立方米） 。 对于本项目而言，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于 5、10、50 毫 克/立方米。 1.2 运行特点运行特点 循环流化床锅炉的运行特点是燃料随床料在炉内多次循环，这为燃料提供了
4、足够 的燃尽时间，使飞灰含碳量下降。燃用高热值燃料的运行良好的循环流化床锅炉燃烧 效率可达 98%99%，相当于煤粉锅炉的燃烧效率。 循环流化床锅炉具有良好的燃料适应性，一般燃烧方式难以正常燃烧的石煤、煤 矸石、泥煤、油页岩、低热值无烟煤以及各种工农业垃圾等劣质燃料都可在循环流化 床锅炉中有效燃烧。由于其物料循环量是可调节的，所以循环流化床锅炉具有良好的 负荷调节性能和低负荷运行性能，能适应调峰机组的要求。 在环保性能方面，因其是低温燃烧(燃烧温度 850900)，且有较大的二次风率 (40%50% )，所以对降低 NOx 的排放非常有利。NOx 排放降低到 200mg /Nm3以下是 完全可
5、能的。同时，可向炉内加入石灰石脱硫。非常有利的是，炉内脱硫反应的最佳 温度(825850)正好与燃烧温度基本相同，并且，石灰石随床料多次循环，提高了利 循环流化床超低排放专题报告 第 2 页 用率和脱硫率。可控制 SO2浓度小于 200 mg /Nm3。 1.3 大型循环流化床污染物排放特性大型循环流化床污染物排放特性 在循环流化床中，主要的污染物以在循环流化床中，主要的污染物以 SO2和氮氧化物为主。而某些敏感因素对和氮氧化物为主。而某些敏感因素对 SO2 和氮氧化物的排放影响是不同的，甚至是矛盾的，例如加入脱硫剂后，就会使 NO 浓 度增加，降低床温可降低 NOx 的浓度，但会使脱硫率降低
6、，N2O 浓度升高。另外，大 多数循环流化床锅炉燃用高硫分的煤，人们一般将重点放在 SO2的排放上，而对氮氧 化物排放的关注相对较少，由于 SO2和氮氧化物都是对环境明显危害的污染气体，单 独降低其中某一成分都不是最终目的，随着国家对生态环境的日益重视，对二氧化硫 和氮氧化物的排放标准将越来越严格，如何在设计和运行中考虑同时降低 SO2和氮氧 化物的排放，成为发展大容量循环流化床锅炉必须面对的一个问题。 2 二氧化硫超低排放技术方案二氧化硫超低排放技术方案 2.1 几种脱硫工艺简介几种脱硫工艺简介 目前世界上燃煤或燃油电站所采用的脱硫工艺多种多样。按脱硫工艺在生产流程 中所处的部位不同可分为：
7、燃烧前脱硫、燃烧中脱硫(炉内脱硫)和燃烧后脱硫即烟气脱 硫。在这些脱硫工艺中，有的技术较为成熟，已经达到工业应用的水平，有的尚处于 试验研究阶段。经过初步筛选，对目前技术较为成熟、在电厂烟气脱硫中有一定应用 业绩的脱硫工艺进行简单介绍。 1）石灰石石膏湿法脱硫 石灰石-石膏湿法脱硫工艺采用石灰石作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与 水混合搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的 SO2与 浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应而被脱除，最终反应产物为石膏。 脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴，经加热器加热升温/或不加热直接排入烟 囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后
8、回收。由于吸收浆液的循环利用，脱硫吸收剂的利 用率高。 该工艺适用于任何含硫量煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到 95%以上。 脱硫副产物石膏的处置方式，一般有抛弃和回收利用两种方法，脱硫石膏处置方 式的选择主要取决于市场对脱硫石膏的需求、脱硫石膏的质量以及是否有足够的堆放 场地等因素。美国多采用抛弃方式，抛弃量约占 86%，主要充置于灰场或回填旧矿坑； 日本和德国多采用回收利用方式，主要用作水泥缓凝剂和建筑材料等，石膏的利用率 达 90%以上。 循环流化床超低排放专题报告 第 3 页 石灰石石膏湿法脱硫是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺，特别 在美国、德国和日本，应用该工艺的机组容量约
9、占电站脱硫装机总容量的 90%，应用 的单机最大容量已达 1000MW。 目前，国内绝大多数 300MW 及以上等级燃煤电厂采用石灰石石膏湿法脱硫工 艺，运行效果良好。 2）海水脱硫 海水法脱硫工艺是利用海水的碱度脱除烟气中 SO2。在脱硫吸收塔内，大量海水 喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的 SO2被海水吸收而除去，净化后的烟气 经除雾器除雾、经烟气加热器加热后排放。吸收 SO2后的海水经曝气池曝气处理，使 其中的 SO3-2氧化成为稳定的 SO42-后排入大海。 海水法脱硫一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤 的电厂。此法在挪威被广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业炉
10、窑，先后有近 20 套脱硫装置 投入运行。近年来，海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展，国外继印度 TATA 电厂在 500MW 机组上安装二台处理烟气量 44.5 万 Nm3/h 的海水脱硫装置之后， 西班牙在 2 台 80MW 机组上安装了海水脱硫装置。 目前，国内的青岛发电厂 4 台 300MW 机组、福建漳州后石电厂 4 台 600MW 机组 采用海水法脱硫工艺，产生了良好的环保和社会效应。但是，由于目前我国的海水法 脱硫工艺应用不多，运行时间不长，是否会产生周边区域海水酸性增加、水温上升及 海水由于灰尘造成透明度下降，对当地渔业及海水环境产生影响，还需要进一步的观 测及论证。 3
11、）喷雾干燥法脱硫 喷雾干燥法脱硫工艺以石灰作为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳， 消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收 剂与烟气混合接触，与烟气中的 SO2发生化学反应生成 CaSO3，烟气中的 SO2被脱除。 与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物 及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。 脱硫的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分脱硫灰 加入制浆系统进行循环利用。 该工艺有两种不同的雾化形式，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流雾 化。 循环流
12、化床超低排放专题报告 第 4 页 喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程简单、系统可靠性高等特点，脱硫 率可达到 85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家应用较为广泛，在 300MW 以上机 组上有一定的应用业绩。 1984 年我国在四川内江白马电厂建成了第一套旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验 装置，处理烟气量为 3400Nm3/h。于 1990 年 1 月在白马电厂建成了一套中型试验装置。 该脱硫中试装置处理烟气量 70000Nm3/h，进口 SO2浓度 3000ppm，当钙硫比为 1.4 时 脱硫率可达到 80%以上。 4）炉内喷钙尾部加湿活化器脱硫 炉内喷钙加尾部增湿活化器脱硫工艺是在炉内
13、喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部 增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷 入炉膛 8501150温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的 二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，反应速度较慢，吸收剂 利用率较低。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触 生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。当钙硫比控制在 2.5 及以上时，系统脱硫 率可达到 65-80%。由于增湿水的加入烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点 温度 10-15，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态 随烟气排
14、出，被除尘器收集下来。由于脱硫过程对吸收剂的利用率很低，脱硫副产物 为以不稳定的亚硫酸钙为主的脱硫灰，因而综合利用受到一定的限制。 该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技术的 最大单机容量已达 300MW。我国的南京下关电厂 2125MW 机组、浙江的钱清电厂 125MW 机组采用了这一脱硫工艺。 5）电子束脱硫 本工艺流程由排烟预除尘、烟气冷却、氨的加入、电子束照射和副产品捕集工序 所组成。锅炉所排出的烟气，经过集尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷 射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度(约 70)。烟气的露点通常约 为 50，被喷射呈雾状的冷却
15、水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不产生任何废水。 通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨气、压缩空气和软水混 合喷入，加入氨的量取决于 SOx 浓度和 NOx 浓度，经过电子束照射后，SOx 和 NOx 在自由基作用下生成中间生成物硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)。然后硫酸和硝酸与共存的 氨进行中和反应，生成粉状微粒：硫酸铵(NH4)2SO4与硝酸铵(NH4NO3)的混合粉体。生 循环流化床超低排放专题报告 第 5 页 成的粉体微粒一部分沉淀到反应器底部，通过输送机排出，其余被副产品集尘器所分 离和捕集，经过造粒处理后被送到副产品仓库贮藏。经过净化后的烟气由脱硫增压风 机升
16、压，经烟囱向大气排放。到目前为止，电子束法脱硫仅在日本、美国、我国进行 过一些小型工业试验，尚没有在大型机组上应用的业绩。中日合作进行的电子束法脱 硫工艺工业化装置试验在成都热电厂一台 200MW 机组的部分烟气进行，试验装置处 理烟气量为 30 万 Nm3/h。 6）氨法脱硫 该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产品为硫酸铵。锅炉来的烟气经烟气换热器冷却 至 90100，进入预洗涤器经洗涤后除去 HCl/HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除 去水滴进入洗涤器 1 中。在洗涤器 1 中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的 SO2被 洗涤吸收除去，经洗涤后的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入洗涤器 2。 在洗涤器 2 中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶部的除雾器除去雾滴，再经烟气换热器 加热后由烟囱排放。洗涤工艺中产生的约 30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化 肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售，也可以把这种溶液进一步加工成颗粒、晶 体或块状化肥出售。 氨法脱硫属较为成熟的一种脱硫工艺，在德国一些电厂得到应用，如曼海姆电厂， 处理烟气量为 7
