干货 | 350MW超临界循环流化床机组超低排放脱硫除尘技术路线对比分析研究

从经济上比较，循环流化床半干法脱硫除尘一体化工艺与石灰石/石膏湿法脱硫工艺相比初投资减少3410万元。按照锅炉厂测算，当燃用设计煤种时，锅炉炉内脱硫效率达到92.4%时，锅炉二氧化硫排放浓度就可以控制在100mg/Nm3以内。在炉内脱硫能达到排放要求时，炉外半干法脱硫装置将可当作烟道使用，更有效降低电厂运行维护成本。

3循环流化床干法脱硫除汞研究

3.1烟气中汞的含量及形态分布

根据实验测量数据可得出，大气中存在一定比例的汞，其在大气中的质量浓度范围为2-5ng/m3，而对燃煤电站排放的尾气进行测量时，其汞质量的浓度范围为800-4800ng/m3，这已远远超过大气中汞质量的浓度。为了将燃煤电站排放尾气中的汞质量浓度降低，需研究燃煤电站排放尾气中汞的排放形态。经研究调查，汞在该尾气中的形态有以下三种形式:

①气化单质汞，该状态下的化学符号是HgO;

②气化二价离子汞，该状态下的化学符号是Hg2+;

③颗粒状态的汞，其化学符号为Hgp。

同时，气态的单质汞、气态的二价离子汞中的汞比例与燃煤电站燃烧煤的类型、所处的燃烧条件、燃烧温度、烟气状态有关，因此在进行脱汞时需以其所处的形态进行研究。由上文可知，石灰石一石膏湿法脱硫工艺在脱硫的同时不能将汞去除，因此以下研究循环流化床的除汞机理及具体分析。

3.2循环流化床干法脱硫除尘一体化工艺的除汞机理

由于循环流化床中烟气脱硫的反应器内颗粒的浓度比为上稀下浓，因此该反应器内的底部的反应激烈且湍动，而其反应颗粒表而积巨大，具有很强的吸附能力，在后期的除尘环节，已吸附汞的颗粒将被截留，进而达到了除汞的目的。同时，清华大学实验研究的报告也指出了，循环流化床干法烟气脱硫除尘一体化工艺的脱硫工艺不仅能利用表而积巨大的颗粒将硫吸附，还可将95%的汞吸附去除。此外，该试验在深入的研究中发现，该工艺还可去除烟气中的微量污染物，除了重金属汞以外，还可去除氯化氢和NOx等。

3.3 Ca (OH)2对烟气中汞的脱除

在国外的文献中可看到，Ca (OH)2可吸附烟气中85%的HgCl2。其原理是将该工艺中循环灰含有的Ca (OH)2与烟气中的SO2进行反应，再与气化的单质汞HgO进行反应并吸附。同时，Stouffer等人在研究中还发现，若Ca (OH)2与HgO的反应中没有SO2的参与，其对Hg0的吸附比例将下降。此外，在Ghorishi的实验研究中，其发现烟气需在SO2的作用下，对Ca (OH)2与HgO间的吸附起着吸附的作用，且HgO的吸附比例可随着反应环境温度的升高而增加。与此同时，国内浙江大学任建莉的研究也论证了这一点:

上述反应分为三个步骤

第一个步骤—SO2与Ca (OH)2发生反应，使其表而的孔隙结构形成活性吸附区域，如公式(1)所示。

第二个步骤—气化单质汞HgO在公式(C1)的基础上被氧化，如公式(2)所示。

第三个步骤—在公式(2)中的Hg+是不稳定的化合物，其在反应中可进一步形成Hg2+化合物，如公式(3)所示。

从这三个步骤中可看出SO2在HgO的氧化及吸附反应中起到了促进作用。

3.4飞灰对烟气中汞的脱除

该工艺循环灰中的飞灰对烟气中汞具有一定的脱除作用，Galbreath等人认为，其反应机理属于酸性HgCl2卿与富含碱颗粒发生反应，而颗粒的多孔形态及表而积是控制吸收HgCl2(g)乡的主要因素。对于单质汞的吸附，其物理吸附和化学吸附是同时发生，残炭表而的含氧官能团C=0有利于单质汞的氧化和化学吸附。飞灰中的化学成分如Al2O3,SiO2等在烟气中NOx的作用下，可以促进气态单质汞的氧化，灰中的Fe2O3对气态单质汞有催化氧化作用。将烟气中单质汞氧化成氧化态汞有利于循环灰对烟气汞的吸附。

3.5工程实例

电厂燃煤发电过程中产生的烟气通过除尘器(ESP)进行除尘预处理后，流转入循环流化床干法脱硫装置，完成脱硫后的烟气经过布袋除尘器(BagHouse)进行除尘后经检验合格即排放至大气中。清华大学环境科学与工程系通过对脱硫装置的进口原烟气成份、出口净烟气成份。了解烟气循环流化床干法脱硫工艺配套布袋除尘器系统(以下简称系纫对以下污染物的脱除效果。对吸收塔入口和布袋除尘器出口的烟气、除尘器灰斗外排灰和灰渣进行现场采样、测试分析。采用OntarioHydro (OHM)方法测定烟气中的元素汞、氧化态汞和颗粒态汞的浓度，根据质量守恒定律得到汞的质量平衡，得出系统对汞的脱除率。在ESP之前，烟气中总汞以气态活性汞为主，占总汞的81.04%，这可能是由于:

①烟气刚从锅炉出来时含有大量的卤素，这些卤素使大部分气态汞维持在二价汞的形态;

②与锅炉的燃烧条件相关。而元素汞和颗粒态汞相当，各占9.5 %。由各测试点的气态总汞含量可以计算得到，ESP对总汞的去除率约为20%FGD ，Baghouse对总汞的去除率约为63%，总汞总去除率约为70%。

以上烟气中的三种汞形态分布如表4

表4

4总结与建议

半干法脱硫技术，具有投资少、成本低、无脱硫废水等优点，同时对半干法脱硫工艺的启动机及运行调整需要多做探索后，在中低硫设计煤种循环流化床机组的脱硫除尘工艺是最佳选择。本文以当前电厂烟气中常用的脱硫技术作为研究背景，并将工艺操作的流程与经济成本进行具体分析，对350M W超临界的循环脱硫工艺进行多元化的分析与点评。在已有的数据基础上，将模糊数学的原理应用在湿法、半干法两种烟气脱硫技术的经济性评价中，再通过演算，得出具有一定参考价值的结论。同时还分析了循环流化床机组的除汞机理与具体的方法，表明循环流化床干法不仅可以脱硫还可以除汞，该工艺在实际应用中具有较大的经济价值，值得推广。

本文发表于《内燃机与配件》2017年19期

作者简介：奥慧琦，男，工程师，注册安全工程师，研究方向为电厂安全生产管理。