基于燃用高灰份劣質(zhì)煤供熱鍋爐多因子污染控制超低排放技術(shù)的研究與應(yīng)用

內(nèi)容摘要：針對(duì)當(dāng)前大氣污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻和緊迫，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，已經(jīng)迫在眉睫、刻不容緩。作者從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度，結(jié)合平煤坑口電廠供熱鍋爐的實(shí)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(duì)城市供熱超低排放技術(shù)路線進(jìn)行了探討，通過模塊化的設(shè)計(jì)、施工，對(duì)于中小型燃煤鍋爐來說，可采用爐內(nèi)脫硫加爐后半干法、低氮燃燒+SNCR等多種技術(shù)的組合，實(shí)現(xiàn)熱電廠燃煤鍋爐的超低排放，節(jié)能減排，對(duì)改善環(huán)境空氣質(zhì)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(guān)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(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》的通知”中要求，穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組和有條件的30萬千瓦以下公用燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(即在基準(zhǔn)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(duì)“行動(dòng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)及平頂山市的要求，對(duì)現(xiàn)有的300t/h鍋爐尾部煙氣系統(tǒng)進(jìn)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(tuán)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(shí)施節(jié)能減排的主流。由于它具有煤種適應(yīng)性廣、變負(fù)荷能力強(qiáng)、污染物排放低，特別在低氮燃燒和脫硫方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(yīng)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(dāng)流化速度一定時(shí)，隨著Ca/S的增大，脫硫效率增加，在反應(yīng)式CaO+SO2+1/2O2→CaSO4一開始，就會(huì)在CaO的表面生成一層致密的CaSO4薄層，從而阻礙了SO2進(jìn)一步擴(kuò)散到CaO顆粒內(nèi)層進(jìn)行反應(yīng)。所以，如果要達(dá)到較高的脫硫效率，應(yīng)投入比化學(xué)當(dāng)量比多得多的石灰石或白云石。一般流化床鍋爐脫硫時(shí)的鈣硫比在2—3的范圍內(nèi)。

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?yàn)楦吡蚝康拿簳?huì)使?fàn)t膛內(nèi)產(chǎn)生高的SO2濃度，從而增加了脫硫反應(yīng)的速度。石灰石粒徑大時(shí)脫硫效率明顯下降，這主要是因?yàn)槊摿騽┑姆磻?yīng)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(duì)脫硫效率的影響實(shí)質(zhì)上是氣固兩相流的停留時(shí)間對(duì)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(yīng)的停留時(shí)間縮短，脫硫效率降低。當(dāng)煙氣以一定的速度通過床層，床層高度增加，可供反應(yīng)的停留時(shí)間隨之延長(zhǎng)，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(shí)，便會(huì)生成CaSO4、MgSO4等而被脫除。其反應(yīng)式如下：

CaCO3→CaO+CO2 (1)

CaCO3˙MgCO3→CaO+MgO+2CO2 (2)

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4 (3)