资料
1. 前言
神华雁石5号机组300MW CFB炉是福建省落实国家《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》率先启动的环保升级改造项目之一，同时也是神华集团系统内首个采用烟气循环流化床干法脱硫除尘一体化工艺(简称DSC-M型烟气干式超净工艺)，并按照近零排放指标(即SO2<35mg/Nm3、烟尘<5mg/Nm3)设计的大型燃煤机组脱硫除尘升级改造工程。为使5号机组今后NOx及汞也实现近零排放(NOx<50mg/Nm3、Hg<3μg/Nm3)，本工程同时预留COA协同脱硝及脱汞装置的接入口。DSC-M型烟气干式超净工艺废水零排放，所以本工程简称“50355+530”(NOx<50mg/Nm3(预留)、SO2<35mg/Nm3、烟尘<5mg/Nm3、SO3<5mg/Nm3、Hg<3μg/Nm3(预留)、零废水)干式超净改造工程。
神华雁石5号机组烟气干式超净排放升级改造工程于2015年5月开始实施，2015年11月一次性顺利成功投运。
2. 项目设计
2.1. 工艺流程
神华雁石5号机组300MW CFB炉实现干式超净排放的烟气处理流程为：循环流化床锅炉(炉内脱硫)+SNCR脱硝+新型干式超净技术(DSC-M)+引风机(两台/炉)→烟囱。吸收塔入口预留COA协同脱硝及脱汞装置的接口。具体工艺流程图如图1。
图1 工艺流程图
(1) DSC-M技术
烟气从底部进入脱硫吸收塔，与加入的吸收剂、循环灰及水发生反应，除去烟气中的SO3、SO2等酸性气体。烟气中夹带的吸收剂和脱硫灰，在通过脱硫吸收塔下部的文丘里管时，受到气流的加速而悬浮起来，形成激烈的湍动状态，使颗粒与烟气之间具有很大的相对滑落速度，颗粒反应界面不断摩擦、碰撞更新，从而极大地强化了气固间的传热、传质。同时为了达到最佳的反应温度，通过向脱硫塔内喷水，使烟气温度冷却到高于烟气露点温度15℃以上。主要化学反应式为：
Ca(OH)2+SO2=CaSO3˙1/2 H2O+1/2H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSO4˙1/2H2O+1/2H2O
CaSO3˙1/2H2O+1/2O2=CaSO4˙1/2H2O
2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2˙Ca(OH)2˙2H2O
(2) 低温循环氧化吸收(COA)协同脱硝
预留低温循环氧化脱硝(COA)接口，COA依托DSC-M型烟气干式脱硫除尘装置，利用脱硝剂的强氧化和催化作用，将NO转化为NO2，再与钙基吸收剂发生中和反应，其反应方程式如下：
1.1. 设计参数
(1) 燃料成分
表1 燃料成分分析资料表
(1) 烟气参数
神华雁石5号机组300MW CFB炉脱硫除尘设计烟气参数见下表2。
表2 300MW机组CFB炉烟气参数
1.1. 设计说明
本项目对原有电袋除尘器袋区及锅炉引风机进行拆除，保留电除尘器及出口风挡，增加脱硫除尘装置和引风机(2台)，锅炉和脱硫除尘装置共用引风机。
图2 神华雁石5号机组300MW CFB炉脱硫除尘升级改造后全景图
1. 实现超洁净排放的技术优势
3.1. NOx“超净排放”控制
为了适应煤种的变化，脱硫装置预留COA协同脱硝技术接口，当入口NOx浓度较高时，可将NOx排放浓度稳定控制在50mg/Nm3以下，实现NOx“超净排放”。
3.2. SO2≤35mg/Nm3“超洁净排放”
神华雁石5号机组300MW CFB炉通过炉内一级脱硫有效控制后，为实现SO2“超洁净排放”控制，二级脱硫通过进一步优化运行工况，对床温、压降等参数进行精准控制，可保证SO2的排放浓度稳定在35mg/Nm3以下。图3为5#CFB炉脱硫岛DCS控制画面，脱硫岛出口SO2浓度低至11mg/Nm3，其脱硫效率高达95.4%。
图3 神华雁石5号机组300MW CFB炉脱硫岛DCS截图
(出口SO2浓度：11mg/Nm3，出口烟尘浓度：0.2mg/Nm3)
3.1. 烟尘≤5mg/Nm3 “超洁净排放”
神华雁石5号机组300MW CFB炉采用DSC-M型烟气干式超净超净技术，通过循环流化床反应塔的喷水混合凝并后，烟气中PM1等亚微米级的细颗粒几乎都絮凝为数十微米的粗颗粒，且DSC-M型流化床脱硫塔顶及出口等的稳流特殊结构设计，保证这些絮凝后的颗粒不易被破坏而更有利于被后级布袋除尘器的过滤;另外，本项目使用的布袋为高精细纤维滤袋，可进一步提高布袋的过滤效率。通过“DSC-M型脱硫塔+布袋除尘器”两者的最佳组合保证了出口烟尘稳定实现小于5mg/Nm3(图3)的“超洁净排放”。
3.2. SO3及Hg“超洁净排放”控制
DSC-M型烟气干式脱硫装置具有协同脱除硫酸雾(SO3)等酸性气体及Hg等重金属污染物的功效。雁石电厂干法装置虽然没有做测试，但通过广州石化2×420t/h CFB炉循环流化床干法超净项目经国家环境分析测试中心检测结果表明：在不添加任何吸附剂的前提下，硫酸雾(SO3)的脱除效率高达99%，出口浓度为3.4mg/Nm3;总Hg脱除率达87.7%，出口浓度为0.824μg/Nm3，远低于《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011中对Hg及其化合物特别排放限值的要求(0.03mg/Nm3)和“超洁净排放”的环保要求(3μg/Nm3)。
3.3. 烟囱不需防腐、排放透明，无视觉污染
雁石电厂5号机组300MW CFB炉经DSC-M型烟气干式脱硫除尘后，排放原烟囱，烟囱不需防腐，烟囱排放透明，无视觉污染，无湿法脱硫的“烟囱雨”和拖尾烟迹现象，感官效果极佳。
DSC-M型烟气干式超净技术采用干态的生石灰作为吸收剂，在岛内直接消化成消石灰，脱硫副产物为干态的，整个系统无废水产生。
4. 结束语
CFB炉炉后配套DSC-M型烟气干式超净工艺不需烟囱防腐、无废水产生、对煤种适应性强、运行及维护成本低，是一种投资省、综合净化效益高的烟气治理创新技术，其在雁石电厂5号机组300MW CFB炉的成功投运及优异的各项排放指标，为我国大型燃煤CFB炉机组烟气实现超净排放具有极好的借鉴意义。