内容摘要：针对当前大气污染形势十分严峻和紧迫，改善环境空气质量，已经迫在眉睫、刻不容缓。作者从技术和经济的角度，结合平煤坑口电厂供热锅炉的实际情况，介绍了循环流化床燃烧污染控制的新突破和新思路，并对城市供热超低排放技术路线进行了探讨，通过模块化的设计、施工，对于中小型燃煤锅炉来说，可采用炉内脱硫加炉后半干法、低氮燃烧+SNCR等多种技术的组合，实现热电厂燃煤锅炉的超低排放，节能减排，对改善环境空气质量状况和大气污染联防联治工作具有极其重要的作用。
【关键词】供热锅炉多因子控制 超低排放
一、引言
2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万千瓦以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。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。针对“行动计划”，坑口电厂作为距平顶山市新城区直线距离约2公里。目前锅炉的烟尘排放浓度是30～50mg/m3、二氧化硫的排放浓度是200～400mg/m3、氮氧化物的排放浓度是130～300mg/m3，均不能满足新标准及平顶山市的要求，对现有的300t/h锅炉尾部烟气系统进行改造已刻不容缓。
二、工程的燃料及煤灰分析资料
中国平煤神马集团年生产能力超过5000万吨，洗选能力超过2000万吨，每年将产生洗选矸石、煤泥、中煤500多万吨。煤泥发热值较高，大多在12552kj/kg以上，利用循环流化床锅炉燃烧洗选矸石、煤泥、中煤发电已成为实施节能减排的主流。由于它具有煤种适应性广、变负荷能力强、污染物排放低，特别在低氮燃烧和脱硫方面的独特优势，使其得到迅速发展。
三、供热锅炉多因子协同控制超低排放治理工艺的选择
3.1 影响脱硫的主要因素
3.1.1 炉膛温度
炉膛温度的变化直接影响到脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫剂的利用率。
3.1.2钙硫摩尔比(Ca/S)
当流化速度一定时，随着Ca/S的增大，脱硫效率增加，在反应式CaO+SO2+1/2O2→CaSO4一开始，就会在CaO的表面生成一层致密的CaSO4薄层，从而阻碍了SO2进一步扩散到CaO颗粒内层进行反应。所以，如果要达到较高的脱硫效率，应投入比化学当量比多得多的石灰石或白云石。一般流化床锅炉脱硫时的钙硫比在2—3的范围内。
3.1.3煤中含硫量及脱硫剂颗粒粒径
在相同的Ca/S下，含硫量越高的煤，其脱硫效率也越高，这主要是因为高硫含量的煤会使炉膛内产生高的SO2浓度，从而增加了脱硫反应的速度。石灰石粒径大时脱硫效率明显下降，这主要是因为脱硫剂的反应表面积小而使钙利用率降低。
3.1.4流化速度和床层高度
流化速度和床层高度对脱硫效率的影响实质上是气固两相流的停留时间对脱硫效率的影响。若床层高度一定，流化速度加大，则可供反应的停留时间缩短，脱硫效率降低。当烟气以一定的速度通过床层，床层高度增加，可供反应的停留时间随之延长，脱硫效率提高。
3.1.5流化床燃烧的脱硫原理
在煤燃烧过程中生成的SO2如遇到碱金属化合物CaO、MgO等时，便会生成CaSO4、MgSO4等而被脱除。其反应式如下：
CaCO3→CaO+CO2 (1)
CaCO3˙MgCO3→CaO+MgO+2CO2 (2)
CaO+SO2+1/2O2→CaSO4 (3)
3.2 脱硫除尘工艺选择
烟气脱硫有很多种技术方法，可分为干法、半干法、湿法，目前，供热锅炉常用的烟气脱硫工艺见表3.2-1。
经过上述比较，本工程脱硫除尘采用炉内喷钙加炉后半干法脱硫除尘一体化的工艺，两级脱硫，在设计中我们经过全面分析、比较，提出以下方案。针对电厂现有一座φ6米粉库，容积约150m3，考虑对粉库作以下修改：拟采取三条管线配置方案。其中#1、#2管线带基本负荷，每台给料机出力为0～6t/h，变频调速，其出力随烟气SO2浓度自动调节，保证达标排放。#3管线为辅助管线。只在供热高峰，且煤中SO2很高，单独运行#1(或#2)管线不能达标排放时投入，其出力为0～2t/h，它的出力不随烟气SO2浓度变化调节。在运行中三条管线组合方式可灵活选择，保证在最恶劣工况下连续运行，超低排放。但我们考虑国家污染物的控制趋势，在炉后加装了半干法脱硫塔。炉内脱硫石灰石粉应符合要求：CaCO3含量大于90%，粒径为0.15～0.5mm。Ca(OH)2含量大于80%，粒度要求200目90%的过筛率。压缩空气：压力0.4～0.6MPa，油含量≤0.1mg/m3，固体颗粒含量≤1mg/m3(粒径≤1μm)。
3.2.1 两级脱硫主要设计参数
⑴ 设计规模：1×300t/h锅炉;
⑵ 脱硫塔布置型式：一炉两塔;
⑶ 锅炉燃煤消耗量：64.92t/h;
⑷ 燃煤硫分：St,ar=0.52%;
⑸脱硫除尘一体化装置入口烟气量：584800m3/h;
⑹脱硫除尘一体化装置入口烟气温度：130℃;
3.2.2 循环流化床半干法脱硫工艺系统
循环流化床半干法脱硫工艺系统主要有：烟风系统、吸收塔系统、
吸收剂储存及输送系统、吸收塔物料灰循环系统、工艺水系统。
3.3 布袋除尘器系统
本项目的布袋除尘器为采用干法脱硫专用超低压旋转脉冲布袋除尘器，适合高浓度及高粘度粉尘过滤，过滤风速小于0.7m/min，过滤室上升速度小于1.1m/s，最终布袋出口粉尘排放低于5mg/Nm3。布袋除尘器的入口烟尘浓度800～1000g/Nm3。滤布采用超细纤维滤料(专用于5 mg/Nm3排放)，滤袋袋底用双层滤布及相应措施加强。灰斗底部采用流化槽形式的船形灰斗，设有专门的流化风机(一备一用，共两台)，使灰斗内的物料处于流态化，保证灰能自由流动排出灰斗。
3.4循环流化床脱硫系统工艺特点
⑴ 利用高湍动物料床层，加上喷水降温创造良好的反应条件，脱硫效率高，运行成本低，技术成熟，在国内外已有很多成功运行业绩。
⑵ 脱硫除尘一体化装置的出口烟温高于露点15℃左右，无需烟气加热排放，烟囱出口烟气流速较高，不会产生白烟。
⑶烟囱无需防腐，大大降低投资和风险。脱硫塔内激烈湍动的高密度颗粒床层所形成的巨大吸附比表面积，几乎100%脱除SO3、HCl、HF等酸性气体。
⑷先脱硫后除尘，烟温降低、烟气化学侵害能力大幅度减弱，滤袋寿命大幅度延长。另外，滤袋表面的粉尘层含有未反应完的Ca(OH)2，可以进一步提高脱硫效率。
⑸节水、节能。无废水排放，副产物可综合利用，布置紧凑，总占地面积小。
3.5 影响CFB锅炉氮氧化物生成的主要因素：
3.5.1煤燃烧生成NOx的途径有三个：(1)热力型NOx，(2)燃料性NOx，(3)快速性NOx，
3.5.2、影响NOx的排放因素很多，主要有炉膛温度、过量空气系数、烟气中的含氧量、煤种、脱硫剂和催化剂、循环倍率以及锅炉负荷等。其中，炉膛温度对N2O的生成起着决定性的作用。
3.6、脱硝工艺的选择
目前脱硝的工艺有SCR(选择性催化还原)、SNCR(选择性非催化还原)、SCR-SNCR等。根据坑口电厂的实际情况，我们选择低氮燃烧+SNCR工艺。整套SNCR脱硝装置由还原剂储存及供应系统、稀释水系统、计量混合系统，喷射系统和自动控制系统组成。全部采用模块化设计和施工。脱硝所要求的氨水量由安装在SNCR系统计量模块的流量控制阀设定。整个系统配有气体实时监测系统，一旦出现氨泄露将会发出警报，并在高位泄露的情况下自动停止系统运行。储罐上的所有仪器仪表均是防爆仪表。在线配制稀释好的氨水溶液将送到各喷射点，各喷射点设有总阀门控制本喷射点是否投运，采用固定喷枪方式，不采用推进器系统。短喷枪喷射采用仪用压缩空气。每台锅炉配制8支喷枪，喷枪布置在燃烧室出口与分离器入口之间的烟道截面处。采用专用脱硝气力雾化喷射器，包括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩四部分。
四、 结论
针对循环流化床供热锅炉超低排放，我厂从2013年10月就结合坑口电厂锅炉的脱硫、除尘、脱硝系统存在的问题和污染物排放现状与国家、河南将要执行的标准间的差距及未来国家大气排污指标进行可行性研究分析：针对现场改建工程的建设依据和建设条件，对比各种除尘、脱硫、脱硝工艺，选择出最优工艺和方案，详细论证循环流化床锅炉湿法或干法脱硫技术在本工程的可行性，最终确定改造工艺为：除尘系统拆除原有的袋式除尘器重新设计安装;脱硫采用炉内喷钙加炉后半干法两级脱硫;脱硝采用SNCR技术，目前该工艺已在我市其它供热锅炉超低排放改造中得到推广和应用。经平顶山市环境监测中心监测，二号炉烟气综合治理技术改造项目的烟尘排放浓度可小于20mg/m3;二氧化硫的排放浓度可小于35mg/m3;氮氧化物的排放浓度可小于50mg/m3;远低于《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的标准要求，为改善平顶山市的大气质量和河南省蓝天行动做出了积极的贡献。
五、效益分析
坑口电厂1台300t/h锅炉烟气脱硝、脱硫、除尘系统按年运行7920小时计，煤含硫量以0.56%计算其运行费用。
1˙计算标准
(1)水的单价：2.2元/m3(2)电的单价：0.5186元/kWh
(3)石灰石粉单价：150元/吨(4)消石灰费用：600元/吨
(5)氨水费用：1000元/吨
2˙运行费用
①.电耗费用：年耗电量×0.7×0.5186元/kW.h
②.水消耗费用：用水量×年运行时间×2.2元/m3
③.石灰石粉消耗费用：5500kg/h×年运行时间×150元/吨
④.消石灰消耗费用：700kg/d×年运行时间×600元/吨
⑤.氨水消耗费用：250kg/d×年运行时间×1000元/吨
.3˙运行费用的计算
根据测算，锅炉超低排放改造后年减少烟尘排放量95.04吨;年减少二氧化硫排放量1425.6吨, 年减少NOx排放量950.4吨,每年可少交排污费296万元，为我厂发展循环经济拓宽了空间，实现了社会效益、环境效益的共赢。
参考文献：
1、循环流化床锅炉的启动调试与安全运行 党黎军编著 中国电力出版社，2002
2、燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例 钟秦编著 化学工业出版社，2002.5
3、燃煤锅炉大气污染物净化技术手册 朱宝山等编著 中国电力出版社，2006
4、大型循环流化床锅炉技术 蒋敏华，肖平编著 中国电力出版社，2009
作者简介：崔喜军，中国平煤神马集团坑口电厂，男，汉族，河南郑州人，高级工程师，出生于1975年1月，先后获中国煤炭工业协会创新成果1项、省、市科技成果一等奖2项，公司科技成果一等奖2项、二等奖6项、三等奖6项，厂科技成果特等奖6项，发表论文16篇。
