摘要：本文针对掺烧高硫石油焦或沥青质的CFB锅炉烟气超低排放若采用传统工艺路线—SNCR/SCR+除尘器(电除尘器/布袋除尘器/电袋除尘器)+(含余热利用)石灰石石膏湿法脱硫+湿电，易发生堵塞、腐蚀，进而大幅降低锅炉运转率，以及整体投资大、维护成本高的原因进行分析，结合龙净干法团队在广州石化两台掺烧高硫石油焦CFB炉配套的烟气干式超净+装置，实现“50355+110” (NOx<50mg/Nm3、SO2<35mg/Nm3、烟尘<5mg/Nm3、SO3<1mg/Nm3、Hg<1μg/Nm3、零废水)的应用业绩，指出掺烧高硫石油焦或沥青质的CFB炉采用DSC-M干式超净+工艺，具有更高的可靠性、更优的净化性能、更低的运行费用、更省的环保投资。
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一、传统“湿法”超低排放技术路线易发生堵塞、腐蚀，以及造价高的原因分析
掺烧石油焦或沥青质的CFB炉烟气工况具有以下特点：
1) 在石化行业，炼油时渣油深加工中焦化、溶剂脱沥青工艺会产生大量的石油焦、沥青质等副产品。石油焦和沥青质与煤炭相比具有低灰分、高热值的特性，常常作为CFB锅炉的掺烧燃料。
2) 石油焦或沥青质一般含硫量为6%左右，加上燃料中的钒、镍等的催化氧化，致烟气中的SO3浓度极高，据广州石化的测试值，在掺烧石油焦时锅炉出口SO3浓度一般达到500-900mg/Nm3，导致烟气酸露点大大提高。
3) 锅炉出口烟气未燃尽碳可高达6-8%，采用炉内脱硫后，粉尘浓度高达60g/Nm3，含有大量CaO、CaSO4。
如果掺烧石油焦或沥青质的CFB炉超低排放治理，套用一般燃煤电厂的传统湿式工艺路线——“SNCR/SCR+除尘器(电除尘器/布袋除尘器/电袋除尘器)+(含余热利用)石灰石石膏湿法脱硫+湿电”，见图1，将存在锅炉运转率大幅下降、维护费用大幅上升等问题，具体说明如下：
1. SCR催化剂易堵塞、中毒和磨损
掺烧高硫石油焦或沥青质的CFB炉烟气含有高浓度SO3(是普通燃煤的十倍，甚至数十倍)，与SCR脱硝注入的过量氨气，易反应生成粘结性硫酸氢铵，粘结在催化剂上，造成堵塞，影响催化剂的性能，并形成恶性循环，导致氨逃逸率进一步提高，加剧后续设备的粘结、堵塞，同时还将造成烟阻大幅上升，进而影响锅炉的运转率。见图2、3。
CFB炉内喷钙脱硫后，烟气含尘浓度可高达60g/Nm3，且含有大量剩余的CaO、CaSO4，易导致SCR催化剂钝化中毒，以及磨损，大幅缩短催化剂的使用寿命。
2. 空预器堵塞、腐蚀加剧，直接影响锅炉效率
因SCR催化剂会加剧SO2/SO3转化，进一步提高SO3浓度，加剧与前端逃逸的氨在锅炉尾部空预器上产生更多的硫酸氢铵，导致粘结、堵塞(如图5)，造成烟阻增加，甚至引风机抽力不足而被迫停炉。
3. 高SO3使余热利用得不偿失
燃煤电厂的低温余热利用有两种方式：
1) 布置于除尘器之前。通过降低除尘器入口烟温回收热能，并降低烟气比电阻，提高电除尘效率。而掺烧高硫石油焦或沥青质的CFB炉烟气高SO3浓度使烟气酸露点温度通常高于120℃以上，导致可利用温度梯度十分有限，加上如果前端设有SCR，极易在余热换热管上生成硫酸氢铵，导致阻力上升和换热效率下降，形成恶性循环，同时高酸露点，还易引起电除尘器极板、极线板结、肥大，以及滤袋损坏(见图6、7)。
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2) 如果将余热利用装置布置于除尘器之后、湿法脱硫前，可将余热烟气从135℃降低至酸露点以下的约90℃左右，但对于高SO3浓度的工况，由于腐蚀性强(见图8)，换热原件及整个烟道都必须采用高耐腐蚀的材料，导致成本大幅上升。
对于掺烧石油焦或沥青质的高SO3烟气，根据图9、10的材料选择表，针对远低于酸露点温度的余热利用换热器和烟道，必须选择高耐腐蚀材料。一般换热元件需要采用价格是普通钢材10多倍的904钢或氟塑料。
但即使采用氟塑料、904等耐腐材料，也无法避免堵塞问题。余热利用至于除尘器之后，如果采用除尘器为布袋除尘器，前端滤袋任何一个损坏，因烟气已结露，都易导致换热原件结垢、堵塞，进而造成阻力上升、能耗增加，使余热利用得不偿失。
4. 湿电规格大，防腐要求高，投资大
如果仅仅满足于湿法脱硫后保证烟尘排放小于5mg/Nm3或消除石膏雨，一般湿电可以采用高电场风速，一电场的配置即可。但若要高效净化掺烧高硫石油焦或沥青质的高SO3所形成大量亚微米级的硫酸雾气溶胶(直径一般为0.4-1.2μm)，以消除烟囱冒黄烟的问题，则湿式电除尘器需采用1.5m/s以下的低电场风速，且至少需两电场以上。
湿电除尘器运用于高SO3工况，同样需要用到高耐腐蚀材料，导致投资大幅增加。另外，用于中和循环冲洗水而添加的碱量也将大幅上升，导致运行成本增加。
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5. 系统长、设备多，故障率高，锅炉运转率低，安全风险提高
CFB炉配套传统的湿式超低工艺路线，整个烟气净化系统构成复杂，从锅炉出口到烟囱，中间环节多，SCR、空预器、除尘器、余热装置、湿法脱硫、湿电等设备，任何一个出现腐蚀、堵塞故障，都必须停炉检修。
另外，由于排放烟气远低于露点温度，烟囱需要采用价格昂贵的高耐腐蚀钛复合管。烟囱存在高空摆动引起的疲劳损伤问题，对钛复合管的焊接要求非常高，任何一条焊缝存在缺陷，都将对烟囱产生安全问题。
对于多台炉合用一根烟囱的自备电厂，一旦烟囱出现腐蚀，则对企业可能是致命的。
6. 废水处理成本高
对于掺烧高硫石油焦或沥青质的CFB炉烟气，由于含有铬、钒、汞、硒等重金属，湿法脱硫废水和湿电的废水处理难度大，成本高。
如果今后要求实现废水零排放，则处理成本将是一个天文数字。
二、中石化广州分公司2×420t/h掺烧高硫石油焦CFB锅炉干式超净+工艺应用简介
针对掺烧高硫燃料CFB炉的烟气工况特点，龙净干法团队创新研发出了以烟气循环流化床高效净化反应器为核心的DSC-M烟气干式超净+工艺，如图11，其流程为：CFB炉内脱硫和SNCR脱硝+流化床反应器(COA协同脱硝)+超滤布袋除尘器，并率先应用于广州石化2×420t/h燃烧高硫石油焦燃料CFB炉的超低排放治理。
截止至2016年1月，DSC-M干式超净+工艺装置在广州石化2×420t/h燃烧高硫石油焦燃料CFB炉上已稳定运行近两年，成功实现了“50355+110” (NOx<50mgN/m3、SO2<35mg/Nm3、烟尘<5mg/Nm3、SO3<1mg/Nm3、Hg<1μg /Nm3、零废水)的“超净+”排放指标。(见下图12、13的检测报告)。
另外，截至2015年10月20日，广石化掺烧高硫石油焦的CFB炉采用DSC-M干式超净+装置实现了连续不间断稳定运行507天，达到广石化两台CFB炉自2007年投产以来的历史最好水平，创造了新的历史记录，证明DSC-M干式超净+有效地解决了掺烧高硫石油焦所产生的高SO3浓度对锅炉的不利影响。
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DSC-M烟气干式超净+工艺的几个主要特点：
1、 借助于CFB锅炉自身低NOx排放和炉内脱硫的特点，通过DSNCR协同COA低温氧化脱硝，低成本地实现了NOx 的超低排放。由于无需SCR，一是避免了SCR催化剂进一步提高SO2向SO3的转化、二是不存在SCR催化剂自身堵塞问题、三是减少了氨逃逸，从而大幅减轻了与逃逸氨所生成的硫酸氢铵堵塞空预器的问题。
2、 直接利用CFB炉内脱硫灰中含有的剩余CaO作为脱硫剂进行二次高效脱硫，以废治废，低成本地实现了SO2的超低排放。
3、 DSC-M流化床反应器内激烈湍动的高密度床层，具有强烈的凝并作用，使大量难以被捕集的比PM2.5更细的亚微米级细颗粒凝并成更大颗粒，结合脱硫后的高效特种布袋除尘器，烟尘排放可稳定小于5mg/Nm3，甚至低于1 mg/Nm3。
4、 在高效脱除SO2的同时，协同高效脱除了SO3、汞、铅、砷、HCl等污染物。
5、 吸收剂和副产物均为干态，整个系统没有废水产生。
6、 由于运行温度在酸露点以上和高效脱除包括SO3在内的所有酸性气体，整个系统和烟囱无需防腐。
DCS-M超净+工艺在中石化广州分公司获得成功应用后，包括华电永安、山西国金、山西国峰、神华龙岩、神华河曲、陕煤府谷等一批300MW等级CFB炉配套的DCS-M超净+装置也相继成功应用(见图14-16)。
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三、DSC-M干式超净+与“传统湿式超低”两种工艺的主要技术经济指标对比
表1 两种超低排放工艺经济对比表(以广石化420t/h炉为例)
注：1)、SO2原始浓度3425mg/Nm3，炉内脱硫80%，炉后脱硫至25mg/Nm3;NOX原始浓度250mg/Nm3，脱除至出口40mg/Nm3;出口粉尘<5mg/Nm3。2)、按照新建项目，常规地质条件，不含地基处理测算。若为改造项目，SCR还需增加锅炉受热面改造、空预器防腐费用。
四、结束语
从以上分析对比可得出：
1、 传统的湿式超低排放工艺，系统长，设备多，投资和运行成本高，特别是不适应CFB炉采用掺烧高硫石油焦或沥青质所产生的高SO3工况特点，设备腐蚀、堵塞风险大，锅炉的运转率低。
2、 新型DSC-M干式超净+工艺，系统简洁、投资省、维护简便，通过DSNCR结合COA低温流化床协同脱硝，有效地防止掺烧高硫石油焦或沥青质所产生的高SO3浓度对锅炉运转率的不利影响。在实现“50355”超低排放的同时，协同高效脱除SO3、HF、HCl、Hg、Pb、Se等多污染物，实现了“50355+110”的超净+排放。
3、 传统湿式超低排放工艺技术，可以增设余热装置以降低煤耗，但对于高SO3的工况，由于存在硫酸氢铵粘结、堵塞引起能耗增加问题，以及防腐材料等级要求高，投资、维护成本高，整体得不偿失。
综上，掺烧高硫石油焦或沥青质的CFB炉的烟气超低排放治理，采用“DSC-M干式超净+”工艺，相比传统的“湿式超低排放”工艺，具有更高的可靠性、更优的性能、更省的成本。
“DSC-M干式超净+”工艺技术创新，为石化行业的高硫石油焦或沥青质副产物实现更加清洁和更高价值的综合利用，探索出一条更为科学的新路。
(供稿单位：龙净干法团队)
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