一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵改造方案

王紅莉

（嘉峪關(guān)市供熱公司，甘肅 蘭州 730000）

一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵改造方案

王紅莉

（嘉峪關(guān)市供熱公司，甘肅 蘭州 730000）

燃煤鍋爐是影響我國城市大氣污染最主要污染源，控制燃煤鍋爐煙塵和二氧化硫污染排放對改善我國城市大氣環(huán)境質(zhì)量具有極其重要的意義。隨著環(huán)保污染排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，我市城市南區(qū)一臺58兆瓦燃煤鍋爐運行煙塵和二氧化硫排放不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)結(jié)合實際情況提出改造方案。

燃煤鍋爐；脫硫除塵；改造方案

隨著蘭州市城市南區(qū)的開發(fā)建設(shè)，2011年本市投資建設(shè)了城市南區(qū)集中供熱熱源廠建設(shè)項目，該項目當(dāng)年建設(shè)當(dāng)年投入使用，項目的建設(shè)均符合環(huán)保等相關(guān)要求。近年來，隨著環(huán)保污染排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，城市南區(qū)熱源廠的污染排放已不能滿足要求，因此，現(xiàn)結(jié)合實際情況，對熱源廠的環(huán)保設(shè)施提出改造方案。

1 基本情況

城市南區(qū)熱源廠于2011年安裝了一臺58兆瓦燃煤高溫?zé)崴仩t及配套設(shè)施，當(dāng)年建成投用。58兆瓦燃煤鍋爐的環(huán)保脫硫除塵設(shè)施采用了先進(jìn)的花崗巖旋流板式脫硫除塵一體化技術(shù)，鍋爐燃燒形成的灰渣經(jīng)水沖沉淀后加以綜合利用，廢水澄清后循環(huán)利用（沖渣和除塵脫硫用）。項目建成后經(jīng)環(huán)?？⒐を炇毡O(jiān)測，各項指標(biāo)均符合GB13271-2001Ⅱ時段二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值要求（顆粒物200mg/Nm3，二氧化硫900mg/Nm3）。

2015年采暖期，隨著鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，熱源廠58兆瓦燃煤鍋爐運行期間通過在除塵水中添加石灰漿液的方式以減輕二氧化硫的排放，根據(jù)鍋爐運行煙氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，顆粒物、二氧化硫和氮氧化物實際排放濃度分別達(dá)到607mg/Nm3、692mg/Nm3和239mg/Nm3，顆粒物和二氧化硫的排放濃度超過2014年修訂的 《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014中顆粒物80mg/Nm3、二氧化硫400mg/Nm3的排放濃度限值。熱源廠58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵設(shè)施不能滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，需對熱源廠一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵設(shè)施進(jìn)行改造。

2 污染排放超標(biāo)的原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場勘查和對熱源廠58兆瓦燃煤鍋爐運行情況的了解分析，造成煙塵和二氧化硫排放超標(biāo)的原因如下：

1）按照原設(shè)計，花崗巖旋流板式脫硫除塵器同時具備除塵和脫硫的效果，并且也能滿足2015年之前的排放標(biāo)準(zhǔn)。在2015年10月1日新標(biāo)準(zhǔn)實行后，由于脫硫除塵設(shè)施簡單，脫硫除塵效果無法滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2）除塵器使用至今整體結(jié)構(gòu)較為完整，但是內(nèi)部的噴淋層、噴嘴、管路結(jié)垢嚴(yán)重且未更換，不能夠使進(jìn)塔的漿液形成霧化，從而嚴(yán)重影響了設(shè)備的除塵和脫硫的效果。

3）系統(tǒng)管路堵塞嚴(yán)重，給運營工作帶來較大的工作量，分析原因如下：（1）在使用的過程中不能夠有效的掌握石灰粉的投入量,石灰投入量過大時，在酸堿中和反應(yīng)過程中生成大量的硫酸鈣和二水硫酸鈣，密度過大時極易結(jié)垢造成堵塞；（2）沉灰池沉淀不完全。當(dāng)除塵器除下的灰塵隨著沖洗水進(jìn)入沉淀池后混合反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鈣和二水硫酸鈣造成堵塞；（3）在系統(tǒng)維護(hù)的時候沒有對噴嘴、噴淋管路等易損零部件及時更換。

4）沉灰池沒有配備氧化系統(tǒng)，在酸堿中和反應(yīng)后的亞硫酸鈣又被還原為氫氧化鈣和二氧化硫，導(dǎo)致脫硫效果不明顯，石灰粉投入量過大，增加了運行成本。

5）煙氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，各項排放指標(biāo)處在

比較高的標(biāo)準(zhǔn)，實測數(shù)據(jù)通過煙氣含氧量的折算后數(shù)據(jù)將更高，而含氧量過高往往是由于鍋爐本體、煙風(fēng)道、系統(tǒng)設(shè)備等處漏風(fēng)所致。

3 改造方案

由于環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物和二氧化硫的排放標(biāo)準(zhǔn)有了大幅度的提高，考慮到以后環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高的話，在投資經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性的前提下，改造方案應(yīng)結(jié)合實際情況，選擇技術(shù)成熟可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、占地面積小，既要與原有的工藝相結(jié)合，又要穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的除塵脫硫工藝。

3.1 除塵改造方案

將現(xiàn)有一體化的脫硫除塵器功能分別設(shè)置，新增一臺LCM系列低壓脈沖袋式除塵器，現(xiàn)有的脫硫除塵器改造為脫硫吸收塔。

3.1.1 布袋除塵器技術(shù)特性說明

LCM系列低壓脈沖袋式除塵器處理風(fēng)量大、過濾風(fēng)速低、清灰效果好、除塵效率可達(dá)98%以上、運行可靠、維護(hù)方便、占地面積小，是一種單元組合式的除塵設(shè)備。通過計算，采取進(jìn)口PPS濾布的布袋除塵器顆粒物排放濃度將小于50mg/Nm3，除塵后的灰塵為干灰，干灰可以通過人工或者氣力輸灰的形式進(jìn)行回收，不會再進(jìn)入到沉灰池。

3.1.2 工作原理

LCM型系列低壓脈沖袋式除塵器的氣體凈化方式為外濾式，含塵氣體由導(dǎo)流管進(jìn)入各單元灰斗，在灰斗導(dǎo)流系統(tǒng)的引導(dǎo)下，大顆粒粉塵分離后直接落入灰斗，其余粉塵隨氣流進(jìn)入中箱體過濾區(qū)，吸附在濾袋外表面。過濾后的潔凈氣體透過濾袋經(jīng)上箱體、離線閥、排風(fēng)管排出。

濾袋采用壓縮空氣進(jìn)行噴吹清灰，清灰機構(gòu)由氣包、噴吹管和電磁脈沖控制閥等組成。過濾室內(nèi)每排濾袋出口頂部裝配有一根噴吹短管，噴吹口正對濾袋中心，每根噴吹管上設(shè)有一個脈沖閥與壓縮空氣氣包相通。清灰時，電磁閥打開脈沖閥，壓縮空氣經(jīng)噴口噴向濾袋，與其引射的周圍氣體一起射入濾袋內(nèi)部，引發(fā)濾袋全面抖動并形成由里向外的反吹氣流作用，清除附著在濾袋外表面的粉塵，達(dá)到清灰的目的。落入灰斗中的粉塵經(jīng)由卻灰閥排出后，利用輸灰設(shè)施集中送出。

3.1.3 工藝要點

1）具有在線和離線兩個狀態(tài)清灰功能以及離線檢修功能。

2）布置方式、灰斗下法蘭離地高度和除塵器外形尺寸可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。

3）為保證排放達(dá)標(biāo)，濾袋材質(zhì)使用進(jìn)口PPS+PTFE浸漬，這種材質(zhì)的耐溫性在150～200℃之間。

4）采用下進(jìn)風(fēng)、外濾式過濾方式，濾袋利用彈簧漲圈與花板聯(lián)接，形成干凈空氣與含塵氣體的分隔，濾袋由袋籠支撐。

5）清灰時PLC控制電磁脈沖閥，通過噴吹管噴出壓縮空氣，使濾袋徑向變形抖落灰塵。

6）除塵器頂部設(shè)檢修門，用于檢修和換袋（除塵器的維護(hù)、檢修、換袋工作只需在凈氣室操作，不必進(jìn)入過濾室）。在凈氣室設(shè)有差壓儀組成的濾袋檢漏裝置，以便在濾袋損壞時及時報警。

7）除塵器設(shè)有保溫層、頂部防雨棚，防止結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生和保護(hù)除塵器頂部裝置。

8）除塵器設(shè)置煙氣溫度在線檢測裝置：當(dāng)煙氣溫度過高或過低，自動打開旁路系統(tǒng)閥門排放煙氣保護(hù)濾袋。

9）配置進(jìn)風(fēng)分配系統(tǒng)，有效地使進(jìn)入除塵器的含塵氣體均勻地分布到每個濾袋，防止了濾袋間的碰撞和磨擦，有利于延長濾袋的使用壽命。

10）進(jìn)風(fēng)口配置進(jìn)風(fēng)口手動調(diào)節(jié)閥，出風(fēng)口配置提升閥，它們的關(guān)閉能保證除塵器單個倉室的完全離線。

11）控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器。整個系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行自動控制，設(shè)置差壓及定時清灰控制方式并設(shè)有壓力、溫度、濾袋檢漏等檢測報警功能。

3.1.4 系統(tǒng)設(shè)備

LCM型系列低壓脈沖袋式除塵器主要設(shè)備有結(jié)構(gòu)框架及箱體、灰斗；濾袋、籠骨和花板；檢修平臺、欄桿及爬梯；壓縮空氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。

3.2 脫硫改造方案

3.2.1 脫硫工藝

脫硫工藝有干法、半干法、濕法等。其中濕法因具有脫硫效率高、脫硫劑利用率高、運行可靠、適應(yīng)性強等特點，據(jù)統(tǒng)計濕式煙氣脫硫工藝市場占有率在85%以上，主要以石灰石膏法、氧化鎂法、雙堿法、氨法等為主，其中由于石灰石膏法、氧化鎂法脫硫效

率高運行費用相對較低而應(yīng)用較多。

在脫硫工藝的選擇上，由于石灰石膏法脫硫技術(shù)成熟，脫硫效率高，很容易達(dá)到95%甚至是98%以上，且應(yīng)用廣泛，石灰資源豐富，本地有生產(chǎn)企業(yè)，價格市場價格低，綜合能耗和運行費用相比其他脫硫工藝較小。經(jīng)過比較，熱源廠選用濕法石灰石膏法脫硫工藝，脫硫劑為石灰石。

石灰石膏法脫硫后副產(chǎn)物為石膏，可以應(yīng)用于建筑市場，綜合利用價值較高，回收后可降低一定的運行成本。

3.2.2 脫硫原理

經(jīng)除塵后的煙氣從脫硫塔底部進(jìn)入脫硫塔，塔的上方安裝若干層旋流板以減緩煙氣流速并使煙氣在塔內(nèi)均勻分布，同時增加二氧化硫與堿液的反應(yīng)時間，從上而下噴淋的堿液與從下而上的煙氣逆向接觸，經(jīng)過充分的吸收反應(yīng)達(dá)到脫除二氧化硫的目的。

脫硫系統(tǒng)主要包括脫硫塔吸收反應(yīng)、漿液循環(huán)系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、自動加藥系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

3.2.3 脫硫改造方案

結(jié)合實際情況，盡量利用熱源廠現(xiàn)有資源，降低改造成本，滿足脫硫環(huán)保要求。

1）脫硫塔的改造。現(xiàn)有花崗巖旋流板式脫硫除塵器有兩座主塔一座副塔，塔高18.5m，內(nèi)徑3.6m，主塔內(nèi)部有穩(wěn)流柱和旋流板等裝置。現(xiàn)將兩座主塔改造為二氧化硫吸收反應(yīng)塔，塔體增高4m，塔內(nèi)增加兩層旋流板裝置和噴淋裝置，塔頂增設(shè)脫水除霧器和自動水沖洗系統(tǒng)。為了減輕系統(tǒng)阻力，對塔體內(nèi)部進(jìn)行修復(fù)，結(jié)合實際情況改變引風(fēng)機和脫硫塔煙氣入口方向，拆除塔內(nèi)支撐柱、穩(wěn)流柱和副塔。

2）循環(huán)系統(tǒng)和氧化系統(tǒng)改造。在現(xiàn)有石灰泵房增加漿液循環(huán)泵設(shè)施，對沉灰池進(jìn)行改造，增加氧化系統(tǒng)，包括氧化風(fēng)機和氧化風(fēng)管。改造后沉灰池變?yōu)槌恋沓亍⒀趸?、還原加藥池。

3）增加自動加藥系統(tǒng)，配置堿液罐、加藥泵和pH檢測儀，根據(jù)pH值調(diào)節(jié)脫硫劑的加入量。

4）增加PLC系統(tǒng)控制

根據(jù)工藝對控制系統(tǒng)的要求，采集與處理現(xiàn)場測量儀表信號，監(jiān)測工藝運行狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)回路控制電氣設(shè)備運行工況和連鎖裝置，保證系統(tǒng)的安全運行。

5）引風(fēng)機改造

現(xiàn)有引風(fēng)機參數(shù)：風(fēng)量307291～198674m3/h；風(fēng)壓2142～5073Pa。經(jīng)過計算，煙氣系統(tǒng)總阻力為6163.24Pa。引風(fēng)機風(fēng)壓不能滿足改造需要，因此應(yīng)通過采取增壓風(fēng)機、更換引風(fēng)機或更換風(fēng)機葉輪等方式來解決。

4 經(jīng)濟(jì)分析

1）利用現(xiàn)有設(shè)施，新增布袋除塵器，將脫硫除塵塔改造為脫硫吸收塔，預(yù)計費用660萬元，主要包括：布袋除塵器估算220萬元；

氣力輸灰系統(tǒng)180萬元；

脫硫系統(tǒng)改造260萬元，含設(shè)備基礎(chǔ)、循環(huán)氧化系統(tǒng)、自動加藥系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、沉灰池改造等。

2）拆除現(xiàn)有脫硫除塵器，新增布袋除塵器和碳鋼內(nèi)襯防腐脫硫塔，對沉灰池在進(jìn)行改造，預(yù)計費用785萬元。主要包括：

布袋除塵器估算220萬元；

氣力輸灰系統(tǒng)180萬元；

新建脫硫系統(tǒng)305萬元，含循環(huán)氧化系統(tǒng)，自動加藥系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等；

沉灰池及其他改造費用80萬元。

5 結(jié)論

從技術(shù)方面，利用現(xiàn)有設(shè)施對熱源廠一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵器進(jìn)行改造，可使煙塵降至50 mg/Nm3，二氧化硫降至400mg/Nm3以下，能夠滿足現(xiàn)行《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。從經(jīng)濟(jì)方面，改造比新建脫硫系統(tǒng)節(jié)約費用100余萬元。因此，熱源廠一臺58兆瓦燃煤熱水鍋爐脫硫除塵的改造，無論從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面還是環(huán)境效益方面都是可行的。

參考資料：

[1] 《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[S].（GB13271-2014）.

[2] 《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》[S].（GB50041-2008）.

[3] 《袋式除塵器安裝要求驗收規(guī)范》[S].JB/T471-96.

[4] 《花崗巖類濕式煙氣脫硫除塵裝置》[S].HJ/T319－2006.

[5] 國家其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范[S].

TK229.6