一种循环流化床锅炉超低排放方法及装置与流程

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种循环流化床锅炉超低排放方法及装置。

背景技术：

火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011)对重点地区燃煤锅炉的SO₂、NOx及烟尘排放浓度提出了严格的要求，即分别小于50、100、20mg/m³(标准状态，干基，6％O₂，下同)，对重金属汞(Hg)的排放也要求在0.03mg/m³以下。与此同时，一些地方和发电集团又对火电厂烟气污染物排放限值进一步趋严，提出了“近零排放”、“超净排放”、“绿色发电”的要求，即电厂烟气污染物排放要达到现行燃气轮机发电机组排放水平(SO₂<35mg/m³、NOx<50mg/m³、烟尘<5mg/m³)，这样传统的CFB锅炉通过炉内加石灰石脱硫、低温分级燃烧的低氮排放及烟尘浓度完全不能满足“近零排放”的要求，因此必须进行深度脱硫、深度脱硝及深度除尘。

目前国内外研究者在火电厂超低排放技术路线方面有一些研究成果。有针对燃用神华煤发电厂近零排放技术路线进行了研究，提出了适用于神华煤的超低排放技术路线，但是其技术路线具有较大的局限性，对其它煤钟的适应性有较大的局限性。有对CFB锅炉超低排放技术进行了研究。有对燃煤锅炉高效低NO_x协调优化进行了研究，研究了锅炉高效低NO_x调整优化技术，开发了燃煤锅炉高效低NO_x协调优化系统。有对降低SCR脱硝装置最低投运负荷进行了研究，提出了省煤器烟气旁路式和限流式加低温换热器的解决方案。谢尉扬等对提高SCR反应器入库烟气温度的方法进行了对比分析，介绍了高温烟气加热、省煤器分段布置、旁路部分省煤器给水、提高锅炉给水温度等技术方法。有介绍了3种电除尘技术－低低温电除尘器、湿式电除尘器和电袋除尘器，分别采用理论和试验相结合的方法对3种电除尘器的脱除机理与脱除性能及在国内外燃煤电站的应用情况进行了探讨。有采用数值模拟方法对锅炉燃烧和脱硝系统导流板优化过程进行了大量研究，为现场燃烧优化及脱硝系统优化运行提供了理论基础。国内其它研究者对火电厂脱硝、脱硫和除尘进行了理论和试验研究。有针对脱硝、脱硫和除尘的超低排放技术进行了一定程度的研究，取得了较好的工程应用效果，但是目前很少有研究者针对循环流化床锅炉超低排放优化技术路线进行系统的研究，同时缺乏指导火电厂超低排放技术改造的技术路线。在当前火电厂超低排放改造背景下，导致了制约了火电厂全面超低排放改造的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放方法及装置，解决了在当前火电厂超低排放改造背景下，导致的制约了火电厂全面超低排放改造的技术问题。

本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放方法，包括：

对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析；

根据所述CFB锅炉SO₂近零排放、所述CFB锅炉NO_x近零排放、所述CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造。

优选地，对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析具体包括：

对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析；

对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析；

对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

优选地，对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析具体包括：

采用石灰石/石膏湿法、氨法、MgO法、海水法、烟气循环流化床法对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析。

优选地，对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析具体包括：

采用选择性非催化还原SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)、选择性催化还原SCR(Selective Catalytic Reduction)对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析。

优选地，对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析具体包括：

采用湿式电除尘器或干式除尘器对所述CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放装置，包括：

分析单元，用于对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析；

改造单元，用于根据所述CFB锅炉SO₂近零排放、所述CFB锅炉NO_x近零排放、所述CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造。

优选地，分析单元具体包括：

第一分析子单元，用于对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析；

第二分析子单元，用于对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析；

第三分析子单元，用于对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

优选地，第一分析子单元，具体用于采用石灰石/石膏湿法、氨法、MgO法、海水法、烟气循环流化床法对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析。

优选地，第二分析子单元，具体用于采用选择性非催化还原SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)、选择性催化还原SCR(SelectiveCatalytic Reduction)对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析。

优选地，第三分析子单元，具体用于采用湿式电除尘器或干式除尘器对所述CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放方法及装置，其中，循环流化床锅炉超低排放方法包括：对CFB锅炉SO2近零排放、CFB锅炉NOx近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析；根据CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造。本实施例中，通过对CFB锅炉SO2近零排放、CFB锅炉NOx近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析；根据CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造，解决了在当前火电厂超低排放改造背景下，导致的制约了火电厂全面超低排放改造的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放装置的一个实施例的结构示意图；

图3为CFB锅炉近零排放技术路线示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放方法及装置，解决了在当前火电厂超低排放改造背景下，导致的制约了火电厂全面超低排放改造的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放方法的一个实施例包括：

101、对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析；

当需要对循环流化床锅炉超低排放进行改造时，需要对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析具体包括：

对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析，采用石灰石/石膏湿法、氨法、MgO法、海水法、烟气循环流化床法对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析；

对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析，采用选择性非催化还原SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)、选择性催化还原SCR(SelectiveCatalytic Reduction)对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析；

对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析，采用湿式电除尘器或干式除尘器对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

102、根据CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造。

当对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析之后，根据CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造。

下面以一具体应用场景进行描述，应用例包括：

1)CFB锅炉SO₂近零排放技术分析

部分CFB锅炉通过炉内加石灰石并在一定条件下(如合适的床温、Ca/S比、高活性的石灰石等)其计算脱硫效率(包含煤的自身脱硫率)可达90％甚至99％，SO₂排放浓度(一般小于200mg/m³)可满足非重点地区的环保要求，但仍满足不了重点地区的要求，更不用说近零排放要求，特别是对一些高硫、低热值的劣质燃料如洗煤泥、煤矸石、油页岩、石油焦、石煤等等，而这些正是煤粉炉不能燃用而CFB锅炉最适合的燃料；另外还有许多CFB锅炉由于各种原因光靠炉内脱硫仅能达到50％左右的脱硫效率，因此需要采用尾部烟气脱硫技术来达标排放，这是必然的趋势。

目前火电厂成熟应用的烟气脱硫技术主要有石灰石/石膏湿法、氨法、MgO法、海水法、烟气循环流化床法等等。据中电联统计，截至2012年底，在燃煤脱硫机组中石灰石/石膏湿法约占92％、海水法占3％、烟气循环流化床法占2％、氨法占2％、其他占1％。对于CFB锅炉，尽管炉内能脱除50％以上的SO₂，使得尾部脱硫系统SO₂入口浓度大大降低，但要将SO₂排放浓度降低到35mg/Nm³以下的近零排放要求，作者推荐采用湿法脱硫技术而不要采用许多研究者推荐的干法或半干法技术，这里以石灰石/石膏湿法和烟气循环流化床法作比较来说明。

首先在脱硫率上，目前石灰石/石膏湿法有各种成熟的提效技术，可使脱硫率稳定达到98％以上，加上CFB锅炉炉内脱硫，整体脱硫率很容易达到99％以上，使SO₂浓度满足近零排放要求，而烟气循环流化床法尽管在低硫条件下也能达到95％以上的脱硫率，但条件苛刻，实际运行中受煤种变化、石灰粉品质以及运行负荷波动，特别是在低负荷下脱硫塔床层压降难以维持等各种因素，实际脱硫率不能稳定，造成SO₂浓度达不到近零排放要求。其次在经济性方面，实践表明，烟气循环流化床法尽管初投资较低，但为了提高脱硫效率其实际钙硫摩尔比会达到1.6以上，脱硫剂年消耗费用将比湿法脱硫高出50％～100％以上，而且运行电耗也很高，运行经济性比湿法差。目前湿法的国产化程度很高，系统内腐蚀、磨损、堵塞等问题已得到很好的解决和控制，其投资和运行成本已大大下降。第三，采用湿法可减少炉内脱硫的比例甚至不投用炉内脱硫，使CFB锅炉的灰渣实现很好的综合利用，且脱硫本身副产品能得到很好利用，而采用烟气循环流化床法后脱硫副产品性质不稳定，对粉煤灰的综合利用有着严重的影响，可能产生新的固体废弃物处理难题。第四，采用湿法可有效地实现烟尘的协同治理，结合干法除尘器和湿式电除尘器，可使烟尘达到5mg/Nm³以下的近零排放要求，而烟气循环流化床法则难以做到，针对CFB锅炉推出的“SNCR+CFB-FGD+COA”的烟气净化系统即使采用布袋除尘器也不能解决烟尘近零排放问题。

综上，CFB锅炉要达到SO₂小于35mg/m³的超低排放要求，湿法脱硫工艺是首选，即便是SO₂排放要求不高的机组，也应如此。只有在特殊条件下，如严重缺水或寿命短的老机组、采用半干法脱硫又能满足当地环保要求的，才考虑选用半干法烟气脱硫技术。图1给出了CFB锅炉基于湿法FGD技术的SO₂小于35mg/m³的超低排放的技术路线，同时给出了NO_x、烟尘的协同超低排放的技术路线。

广东云浮电厂2×300MW CFB锅炉无旁路FGD系统，它是我国也是世界上第一、二套“300MW CFB锅炉+湿法石灰石/石膏FGD系统”，两台机组分别于2010年7月和8月通过168h试运，进入商业运行。CFB锅炉没有设置炉内喷石灰石脱硫装置，而是在五电场电除尘器后尾部烟道配备了一套湿法石灰石/石膏FGD系统，并且不设旁路烟道、无GGH、增压风机和引风机合并，由2台动叶可调轴流式引风机来克服FGD系统的阻力。5年多来，电厂300MW CFB锅炉石灰石/石膏湿法FGD系统在运行中表现出高脱硫效率和高稳定性，高达95％以上的脱硫率光靠炉内脱硫是难以达到的，充分表明今后“CFB锅炉+石灰石/石膏湿法FGD系统”是CFB锅炉超低排放的最好模式。

2)CFB锅炉NO_x近零排放技术分析

大部分CFB锅炉的运行床温控制在850～950℃，可实现低温燃烧和分级燃烧，在合适的运行参数下，NO_x的排放浓度可控制在200mg/m³以下，但也有部分挥发分较高的煤种以及运行床温较高的CFB锅炉,NO_x排放浓度可达到400mg/m³，满足不了近零排放要求，需要加装尾部烟气脱硝系统。目前在电厂控制NO_x排放的主要方法有选择性非催化还原SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)、选择性催化还原SCR(Selective Catalytic Reduction)等。

SNCR的主要优点是技术简单，运行费用低；缺点是对温度依赖性强，对煤粉炉来说，大部分脱硝率只有30％左右，这是因为在煤粉锅炉中还原剂的穿透深度较长，无法保证还原剂与烟气达到最佳的混合，另外反应时间也较短。但对于CFB锅炉，情况有所不同：1)CFB锅炉的NO_x初始排放浓度因其低温燃烧和分级燃烧方式而相对较低，较低的燃烧温度使得热力型NO_x与燃料型NO_x大量减少；2)CFB锅炉具有一个非常有效的还原剂喷入点和混合反应器—旋风分离器，旋风分离器内温度一般在850℃左右，正处于SNCR反应温度范围之内；分离器内的烟气扰动强烈且流动路径较长,利于喷入的还原剂和烟气之间迅速而均匀地混合和还原剂在反应区获得较长停留时间；从而保证了更高的脱硝效率。目前已有大量的SNCR系统在CFB锅炉中应用，如秦皇岛秦热发电有限责任公司2×300MW机组、华能白山煤矸石发电有限责任公司2×330MW机组、国华宁东2×330MW机组、江苏徐矿综合利用发电有限公司2×300MW机组等等，SNCR装置的脱硝效率可以保证在50％以上，甚至高达80％以上。

SCR技术的NO_X的脱除率可达80％～95％，目前我国绝大多数电厂将SCR技术作为控制NO_X的主要手段，据中电联统计，2012年新投运的9000万kW容量的脱硝机组中98％以上是SCR法，2013年投运的2亿kW脱硝机组和签订的合同中也基本上采用SCR法。目前SCR一般是高飞灰布置，即电除尘器之前。对燃用高灰煤的CFB锅炉，飞灰有一定程度的磨损性，其中的一些有害物质也会导致催化剂中毒，降低脱硝效率，同时烟气中的SO₃在会同SCR反应中逃逸的氨反应，生成NH₄HSO₄。而NH₄HSO₄是一种粘性很大的一种物质，会附着在催化剂上，隔绝催化剂与烟气，使得反应无法进行，并使尾部空预器严重堵塞。对此可通过选取合适的催化剂节距、壁厚等以及运行中控制氨逃逸、声波吹灰和蒸汽吹灰联合使用来满足高灰条件的要求。

对于CFB锅炉NO_x的近零排放，单纯的SNCR有时还难以满足要求，例如当原始NO_x的排放浓度为200mg/m³时，要到达50mg/m³要求，至少需要75％的脱硝效率，SNCR不一定能保证，这时可以采用SNCR+SCR混合法，即将SNCR工艺的还原剂氨(或尿素)喷到旋风分离器入口，逃逸的氨可在SCR催化剂反应，进一步脱除NO_x。它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺，特别适合现有CFB锅炉脱硝的分部实施，即先安装SNCR工艺，当环保要求越来越严格后，再安装SCR装置。对于新建大型CFB锅炉，建议将SNCR作为常规配置，而至少要在尾部预留“1+1”SCR催化剂的空间，当SNCR满足不了环保要求时，再安装1层SCR装置，当催化剂的活性降低或者要求更高的效率时，布置第2层催化剂。

3)CFB锅炉烟尘近零排放技术分析

同煤粉炉一样，采用常规的电除尘器技术以及电除尘新技术，包括低低温电除尘技术、新型高压电源和控制技术、移动电极电除尘技术、机电多复式双区电除尘技术、烟气调质技术、粉尘凝聚技术等，除尘器出口烟尘排放或许可达到20mg/m³重点地区的环保要求，而即使采用电袋复合除尘或纯袋式除尘器，烟尘排放还是难以达到5mg/m³的近零排放要求，此时必需采用湿式电除尘器(WESP)技术。WESP通过在除尘器上部设的喷水系统，将水雾喷向电场，水雾在强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达收尘极而被捕集。水在收尘极上形成连续的水膜，将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

WESP可有效收集细颗粒物PM2.5、酸雾(0.1～0.5μm)、气溶胶、重金属如Hg等，其收尘性能与粉尘特性无关，WESP也属于电除尘器，除尘效率理论上可达到90％，甚至99％。它布置在湿法脱硫塔后面，与干式除尘器、吸收塔协同工作，可使烟尘排放浓度控制在5mg/m³以内。WESP在冶金工业和其他行业中，作为一种控制烟气中硫酸、颗粒排放的有效手段广泛应用，在1986年后国外燃煤电厂也开始采用WESP，去除烟气中微细粉尘和酸雾等污染物，取得了良好的效果。过去的二十多年中，国外有几十套WESP应用于美国、欧洲及日本的电厂。目前国外专业设计制造湿式电除尘器的生产厂商典型的有美国B&W公司、日本三菱重工、日立等。我国从20世纪60年代就开始WESP的研究和应用，但技术进步缓慢，目前国内应用于大型火电厂的湿式电除尘技术是引进和自主开发并存，例如浙江菲达公司引进日本三菱技术、浙江南源环保公司引进日本日立技术，福建龙净自主研发金属极板技术，山大能源环保公司自主研发柔性极板技术，西安热工院也开发FRP极板技术等等，这些技术在300MW及以上机组都有示范应用或正在应用。

因此对CFB锅炉，采用干式除尘器先将湿法吸收塔入口烟尘控制在30mg/m³以下，而吸收塔设计要求不增加烟尘含量即可，最后只需通过1个电场的WESP，使烟尘排放浓度达到5mg/m³以内的近零排放要求。对于新建CFB锅炉，即使暂不上WESP，尾部烟道上也一定要预留WESP装置的空间。

综上，本文提出的CFB锅炉近零排放技术路线如图3所示，事实上，煤粉炉的近零排放技术路线也基本如此。CFB锅炉的环保治理技术与煤粉炉最终趋于基本一致，即采用“SCR脱硝技术+尾部湿法烟气脱硫技术+湿式电除尘器技术”，这是必然趋势！

请参阅图2，本发明实施例提供的一种循环流化床锅炉超低排放装置的一个实施例包括：

分析单元201，用于对CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放进行分析；

改造单元202，用于根据CFB锅炉SO₂近零排放、CFB锅炉NO_x近零排放、CFB锅炉烟尘近零排放的分析结果对循环流化床锅炉超低排放进行改造。

优选地，分析单元201具体包括：

第一分析子单元2011，用于对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析；

第二分析子单元2012，用于对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析；

第三分析子单元2013，用于对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

进一步地，第一分析子单元2011，具体用于采用石灰石/石膏湿法、氨法、MgO法、海水法、烟气循环流化床法对CFB锅炉SO₂近零排放进行分析。

进一步地，第二分析子单元2012，具体用于采用选择性非催化还原SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)、选择性催化还原SCR(Selective Catalytic Reduction)对CFB锅炉NO_x近零排放进行分析。

进一步地，第三分析子单元2013，具体用于采用湿式电除尘器或干式除尘器对CFB锅炉烟尘近零排放进行分析。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。