基于燃用高灰份劣質煤供熱鍋爐多因子污染控制超低排放技術的研究與應用

內容摘要：針對當前大氣污染形勢十分嚴峻和緊迫，改善環(huán)境空氣質量，已經(jīng)迫在眉睫、刻不容緩。作者從技術和經(jīng)濟的角度，結合平煤坑口電廠供熱鍋爐的實際情況，介紹了循環(huán)流化床燃燒污染控制的新突破和新思路，并對城市供熱超低排放技術路線進行了探討，通過模塊化的設計、施工，對于中小型燃煤鍋爐來說，可采用爐內脫硫加爐后半干法、低氮燃燒+SNCR等多種技術的組合，實現(xiàn)熱電廠燃煤鍋爐的超低排放，節(jié)能減排，對改善環(huán)境空氣質量狀況和大氣污染聯(lián)防聯(lián)治工作具有極其重要的作用。

【關鍵詞】供熱鍋爐多因子控制 超低排放

一、引言

2014年9月12日，國家發(fā)改委、國家環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合發(fā)文“關于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》的通知”中要求，穩(wěn)步推進東部地區(qū)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機組和有條件的30萬千瓦以下公用燃煤發(fā)電機組實施大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值的環(huán)保改造。燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即在基準氧含量6%條件下,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米。針對“行動計劃”，坑口電廠作為距平頂山市新城區(qū)直線距離約2公里。目前鍋爐的煙塵排放濃度是30～50mg/m3、二氧化硫的排放濃度是200～400mg/m3、氮氧化物的排放濃度是130～300mg/m3，均不能滿足新標準及平頂山市的要求，對現(xiàn)有的300t/h鍋爐尾部煙氣系統(tǒng)進行改造已刻不容緩。

二、工程的燃料及煤灰分析資料

中國平煤神馬集團年生產(chǎn)能力超過5000萬噸，洗選能力超過2000萬噸，每年將產(chǎn)生洗選矸石、煤泥、中煤500多萬噸。煤泥發(fā)熱值較高，大多在12552kj/kg以上，利用循環(huán)流化床鍋爐燃燒洗選矸石、煤泥、中煤發(fā)電已成為實施節(jié)能減排的主流。由于它具有煤種適應性廣、變負荷能力強、污染物排放低，特別在低氮燃燒和脫硫方面的獨特優(yōu)勢，使其得到迅速發(fā)展。

三、供熱鍋爐多因子協(xié)同控制超低排放治理工藝的選擇

3.1 影響脫硫的主要因素

3.1.1 爐膛溫度

爐膛溫度的變化直接影響到脫硫劑的反應速度、固體產(chǎn)物分布及孔隙堵塞特性，從而影響脫硫劑的利用率。

3.1.2鈣硫摩爾比(Ca/S)

當流化速度一定時，隨著Ca/S的增大，脫硫效率增加，在反應式CaO+SO2+1/2O2→CaSO4一開始，就會在CaO的表面生成一層致密的CaSO4薄層，從而阻礙了SO2進一步擴散到CaO顆粒內層進行反應。所以，如果要達到較高的脫硫效率，應投入比化學當量比多得多的石灰石或白云石。一般流化床鍋爐脫硫時的鈣硫比在2—3的范圍內。

3.1.3煤中含硫量及脫硫劑顆粒粒徑

在相同的Ca/S下，含硫量越高的煤，其脫硫效率也越高，這主要是因為高硫含量的煤會使爐膛內產(chǎn)生高的SO2濃度，從而增加了脫硫反應的速度。石灰石粒徑大時脫硫效率明顯下降，這主要是因為脫硫劑的反應表面積小而使鈣利用率降低。

3.1.4流化速度和床層高度

流化速度和床層高度對脫硫效率的影響實質上是氣固兩相流的停留時間對脫硫效率的影響。若床層高度一定，流化速度加大，則可供反應的停留時間縮短，脫硫效率降低。當煙氣以一定的速度通過床層，床層高度增加，可供反應的停留時間隨之延長，脫硫效率提高。

3.1.5流化床燃燒的脫硫原理

在煤燃燒過程中生成的SO2如遇到堿金屬化合物CaO、MgO等時，便會生成CaSO4、MgSO4等而被脫除。其反應式如下：

CaCO3→CaO+CO2 (1)

CaCO3˙MgCO3→CaO+MgO+2CO2 (2)

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4 (3)