鍋爐系統(tǒng)環(huán)保技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

高青宇，姚國強(qiáng)，王兆興

（陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西渭南 714000）

0 引 言

陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司 （簡稱渭化集團(tuán)）一期大化肥項目1996年5月建成投產(chǎn)；二期 “雙甲”項目2006年5月建成投產(chǎn)，并分別于2007年6月和2008年5月建成投產(chǎn)了1套50kt／a二甲醚裝置 （二甲醚產(chǎn)能合計100 kt／a）；三期 400kt／a甲醇項目 2009年開工，2011年建成投產(chǎn)。其中，一期項目配套了2臺160t／h煤粉鍋爐 （簡稱1#、2#鍋爐），于1995年投用；二期項目配套了1臺220t／h循環(huán)流化床鍋爐 （簡稱3#鍋爐），于2006年投用；三期項目配套了2臺240t／h循環(huán)流化床鍋爐 （簡稱4#、5#鍋爐），于2011年投用。

眾所周知，燃煤鍋爐對環(huán)境有著很大的影響。煤炭在燃燒過程中會產(chǎn)生大量SO2、CO2、NOX以及粉塵等污染物，對大氣、環(huán)境溫度和人體健康會產(chǎn)生諸多不利影響。近年來，隨著國家環(huán)保政策及標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛，燃煤鍋爐環(huán)保升級改造工作在全國范圍內(nèi)大面積鋪開。為適應(yīng)國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，渭化集團(tuán)近年來也對不同時期投用的燃煤鍋爐投入大量資金和資源進(jìn)行了分階段的改造，以下對各階段的鍋爐改造情況作一介紹和總結(jié)。

1 煤粉鍋爐煙氣脫硝、除塵、脫硫一體化改造

“十二五”期間，《陜西省 “十二五”環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出：“大力推進(jìn)顆粒物污染防治。以可吸入顆粒物作為城市大氣污染防治的重點，全面控制煙粉塵排放”。陜西省環(huán)保廳隨即對陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司下達(dá)減排指標(biāo)：二氧化硫排放總量應(yīng)在2010年28.006kt的基礎(chǔ)上削減58.27%，控制在11.686kt；氮氧化物排放總量應(yīng)在2010年5.122kt的基礎(chǔ)上削減37.66%，控制在3.193kt。為此，渭化集團(tuán)對一期項目的2臺160t／h煤粉鍋爐 （1#、2#鍋爐）進(jìn)行了改造，將1#、2#鍋爐的靜電除塵器改造為直通均流式脈沖袋式除塵器，同時在原有基礎(chǔ)和預(yù)留空地上增設(shè)脫硫脫硝裝置。改造目標(biāo)是經(jīng)除塵脫硫脫硝技改后污染物排放限值達(dá)到2012年1月1日起新實施的 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）的相關(guān)要求，即最終煙塵排放濃度 ＜30mg／m3、SO2排放濃度 ＜200 mg／m3，NOX排放濃度 ＜200mg／m3。

1.1 改造目標(biāo)

2臺160t／h煤粉鍋爐 （1#、2#鍋爐），單臺鍋爐煙氣量為200000m3／h，煙塵初始濃度28 g／m3、SO2初始濃度1512mg／m3、NOX初始濃度760mg／m3；經(jīng)除塵脫硫脫硝工藝處理后，煙塵排放濃度≤20mg／m3、SO2排放濃度≤50mg／m3、NOX排放濃度≤100mg／m3。

1.2 改造原理及工藝流程

1.2.1 SCR脫硝改造

1#、2#鍋爐脫硝采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR脫硝技術(shù)），其本質(zhì)是利用NH3或尿素的還原性，在SCR反應(yīng)器中金屬催化劑的作用下，將NOX轉(zhuǎn)化為N2和H2O，其在大型鍋爐上有相當(dāng)成熟的運行業(yè)績。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間 （高含塵區(qū)），省煤器出口煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在320～420℃的溫度條件下，煙氣經(jīng)各層催化劑模塊后其中的NOX被還原為N2和H2O。SCR脫硝技術(shù)的脫硝效率一般在70%～90%。

1#、2#鍋爐SCR脫硝工藝流程如圖1所示。來自氨氣制備系統(tǒng)的氨氣與稀釋風(fēng)機(jī)的空氣通過氨／空氣混合器充分混合，混合氣體進(jìn)入噴氨格柵及氨／煙氣混合器，與鍋爐尾部煙氣充分混合并經(jīng)整流后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NH3與NOX反應(yīng)生成N2和H2O。

SCR反應(yīng)器進(jìn)口設(shè)有溫度測點，SCR反應(yīng)器的操作溫度為320～420℃，當(dāng)煙氣溫度過高或過低時，系統(tǒng)會立即切斷氨氣供給。在SCR反應(yīng)器進(jìn)、出口設(shè)有NOX含量和O2含量監(jiān)測儀，在SCR反應(yīng)器出口還設(shè)有NH3含量監(jiān)測儀。

圖1 煤粉鍋爐SCR脫硝工藝流程簡圖

1.2.2 除塵器改造

在役1#、2#鍋爐各配置有1臺靜電除塵器，但粉塵排放濃度不能滿足國家現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。為保障煙氣脫硫工藝系統(tǒng)的正常運行，按照現(xiàn)行發(fā)電鍋爐粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求，必須對在役鍋爐電除塵器進(jìn)行技術(shù)更新和徹底改造。于是，在在役電除塵器的基礎(chǔ)上，利用在役靜電除塵器的殼體、支架、灰斗和大部分平臺爬梯等，將其改造為直通均流式脈沖袋式除塵器。

布袋除塵器又稱過濾式除塵器，它利用纖維編織而成的袋子來收集煙氣中的固體顆粒物，其除塵效率較高，技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，運行成本低，煙氣經(jīng)布袋除塵器處理后，一般能保證煙塵排放濃度在50mg／m3以下，可滿足大氣治理和設(shè)備維護(hù)管理方面的要求。

1.2.3 增設(shè)氨法 （濕法）脫硫系統(tǒng)

氨法 （濕法）脫硫工藝原理：利用堿性的氨水 （濃度15%）作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)，使煙氣中的酸性氣體SO2與O2充分接觸反應(yīng)生成硫酸鹽溶液，混合鹽溶液經(jīng)后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶、濃縮、脫水后得到硫酸銨產(chǎn)品出售。氨法 （濕法）脫硫系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 氨法 （濕法）脫硫系統(tǒng)工藝流程簡圖

經(jīng)布袋除塵器除塵后含SO2的煙氣經(jīng)原煙氣擋板門進(jìn)入脫硫塔，自下而上經(jīng)過3層漿液噴淋層后，煙氣中的SO2被吸收；漿液噴淋層上方設(shè)置有1層積液盤，脫除掉SO2的煙氣自下而上穿過積液盤上的清水層，利用清水吸收凈煙氣中夾帶的亞硫酸銨／亞硫酸氫銨，以溶解脫硫過程中可能產(chǎn)生的亞硫酸氫銨氣溶膠，之后積液盤上的清水通過管道流入清洗水槽；出吸收塔的煙氣再連續(xù)流經(jīng)2層除霧器除去煙氣中所夾帶的漿液霧滴 （煙氣中漿液含量小于75mg／m3），得到的凈煙氣由脫硫塔頂部煙囪排入大氣?？刂泼摿蛩?nèi)循環(huán)漿液的pH在5.2～5.8，脫硫塔底部的循環(huán)漿液池設(shè)置有液體攪動裝置，并布置有氧化空氣分布器，氧化空氣由氧化風(fēng)機(jī)供給，經(jīng)氧化空氣分布器以細(xì)小氣泡的方式分布到循環(huán)漿液中，增加漿液中亞硫酸銨的氧化接觸面積 （氧化率可達(dá)95%以上），漿液中的亞硫酸銨被氧化成硫酸銨，當(dāng)脫硫塔內(nèi)漿液濃度達(dá)到35%～40%時，脈沖泵將硫酸銨溶液輸送到硫酸銨漿液貯槽，然后通過硫酸銨溶液輸送泵送至一、二效蒸發(fā)器，在真空狀態(tài)下蒸發(fā)結(jié)晶，循環(huán)加熱濃縮至漿液含固量達(dá)到10%～15%后在結(jié)晶取出槽中沉降，然后送至結(jié)晶槽；在結(jié)晶槽內(nèi)硫酸銨結(jié)晶顆粒長大，結(jié)晶漿液經(jīng)過旋流器給料泵輸送到旋流器進(jìn)行固液分離，旋流器底流漿液含固量升至40%～50%后進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行脫水處理，得到含水量為3%～5%的粗硫酸銨，粗硫酸銨產(chǎn)品經(jīng)干燥機(jī)干燥后進(jìn)入包裝機(jī)，最終作為商品硫酸銨外售。

1.3 改造效果

2臺160t／h煤粉鍋爐 （1#、2#鍋爐）實施上述改造后，2015年7月部分工藝運行數(shù)據(jù)見表1。

表1 煤粉鍋爐煙氣脫硝、除塵、脫硫一體化改造后部分工藝運行數(shù)據(jù)

2 循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝改造

二期項目配套的1臺220t／h循環(huán)流化床鍋爐 （3#鍋爐）和三期項目配套的2臺240t／h循環(huán)流化床鍋爐 （4#、5#鍋爐）是由無錫華光鍋爐股份有限公司設(shè)計制造的，鍋爐為高溫高壓單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架Π型布置，鍋爐設(shè)計煤種為黃陵煙煤，分別于2006年和2011年投用。

煤炭燃燒是我國SO2、煙塵和NOX排放的主要來源之一，在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)，我國以煤炭為主的能源消費格局不會改變，煤炭消耗量將持續(xù)增長。NOX是主要的大氣污染物之一，直接或間接與大氣環(huán)境問題相關(guān)，如光化學(xué)煙霧、酸沉降、平流層臭氧損耗和全球氣候變化；此外，氮沉降量的增加會對陸地和水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，對人體健康和生態(tài)環(huán)境安全產(chǎn)生不利影響。

國家新標(biāo)準(zhǔn)要求對新建和2004年1月1日—2011年12月31日期間環(huán)境影響評價文件通過審批的現(xiàn)有燃煤火力發(fā)電鍋爐全部實施煙氣脫硝，要求NOX排放濃度控制在100mg／m3以下，而我公司現(xiàn)役循環(huán)流化床鍋爐煙氣NOX排放濃度達(dá)不到國家新標(biāo)準(zhǔn)要求，改造迫在眉睫。為此，公司決定采用選擇性非催化還原法 （SNCR脫硝）對循環(huán)流化床鍋爐煙氣進(jìn)行治理，以大大降低NOX的排放濃度，使其滿足國家 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）的要求。SNCR脫硝以NH3為還原劑，而渭化集團(tuán)的尿素生產(chǎn)裝置會產(chǎn)生一定量的廢氨水，將其作為脫硝裝置的還原劑，可以達(dá)到 “以廢治廢”的效果。具體工藝流程：在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨儲槽和氨噴射裝置，用氨水輸送泵（氨水輸送泵布置在一期脫硫裝置所用氨區(qū)內(nèi)）將氨儲罐內(nèi)8%～10%的氨水溶液輸送至靜態(tài)混合器，與鍋爐房脫鹽水管引出的稀釋水混合，并由在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的運行工況和NOX排放情況調(diào)節(jié)稀釋后的氨水濃度在5%左右，稀釋后的氨水在壓縮空氣的作用下送入噴射系統(tǒng)進(jìn)行噴射 （混合器及脫硝噴射系統(tǒng)布置在鍋爐一側(cè)）。

2013年10月，3#、4#、5#鍋爐 SNCR脫硝項目提出并立項，2014年7月建成投運。2015年11月30日—12月2日4#、5#鍋爐煙氣NOX排放濃度及氨逃逸濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 循環(huán)流化床鍋爐煙氣SNCR脫硝改造后NOX排放濃度及氨逃逸濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)

應(yīng)用實踐表明：SNCR脫硝系統(tǒng)工藝流程簡單，只需在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨儲槽和氨噴射裝置，占地面積小，投資成本低，改造周期短；脫硝反應(yīng)溫度在850～1100℃，適用于在役循環(huán)流化床鍋爐的改造；改造后鍋爐系統(tǒng)運行成本低、脫硝率高。

3 循環(huán)流化床鍋爐除塵、脫硫一體化改造

圖3 半干法脫硫工藝流程圖

3#、4#、5#循環(huán)流化床鍋爐除塵、脫硫一體化改造采用福建龍凈環(huán)保股份有限公司自主研發(fā)的LJD-FGD鍋爐煙氣脫硫除塵工藝。該工藝為半干法脫硫工藝，其工藝原理為：以干態(tài)石灰粉Ca（OH）2作為吸收劑，通過吸收劑的多次再循環(huán)，在脫硫反應(yīng)器內(nèi)延長吸收劑與煙氣的接觸時間，達(dá)到高效脫硫的目的 ［主要反應(yīng)方程式為：Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O；Ca（OH）2+SO3→CaSO4+H2O；CaSO3+O2→CaSO4］，同時大大提高吸收劑的利用率。

半干法脫硫工藝流程圖見圖3。鍋爐空氣預(yù)熱器出口的煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔，在吸收塔內(nèi)，通過噴入降溫水，煙氣中的SO2與加入的吸收劑及循環(huán)物料發(fā)生反應(yīng)而脫除；脫硫后含大量粉塵的煙氣經(jīng)布袋除塵器除塵，之后由脫硫引風(fēng)機(jī)引至現(xiàn)有煙囪排放，布袋除塵器收集下來的粉塵大部分循環(huán)回脫硫吸收塔與SO2反應(yīng)，少部分采用氣力輸送方式送到脫硫灰?guī)臁?/p>

3#、4#、5#鍋爐除塵、脫硫一體化改造項目于2015年7月提出并立項，投資8000余萬元，2016年6月建成投運。投運后，運行狀況良好，循環(huán)流化床鍋爐煙氣SO2排放濃度≤35mg／m3，滿足 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）及《關(guān)中地區(qū)重點行業(yè)大氣污染物排放限值》（DB61／941—2014）要求，有效減輕了環(huán)境污染，可達(dá)到目前環(huán)保行業(yè)最嚴(yán)苛的煙氣超凈排放要求。項目改造效果得到業(yè)界認(rèn)可，并申請獲得國家環(huán)保補(bǔ)貼資金1000余萬元。

4 技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

（1）布袋除塵技術(shù)成熟可靠，一般能保證煙塵排放濃度在50mg／m3以下，除塵效果顯著。

（2）氨法 （濕法）脫硫工藝腐蝕問題難以消除，裝置運行中出現(xiàn)管道附件連接部位腐蝕的問題，繼而易造成漏液和堵塞，影響生產(chǎn)；另外，煙囪排氣出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。

（3）SNCR脫硝工藝技術(shù)，無需催化劑，在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨儲槽和氨噴射裝置即可，操作控制簡單，脫硝效果明顯。

（4）半干法脫硫工藝技術(shù)先進(jìn)，原煙囪不用改造和防腐，一次性投資低；操作運行簡單可靠，維修工作量??；無腐蝕、無廢水，煙氣不帶水、無拖尾，實施后可滿足目前環(huán)保行業(yè)最嚴(yán)苛的煙氣超凈排放要求，值得推廣應(yīng)用。

5 技改工程經(jīng)驗總結(jié)

從渭化集團(tuán)近年來鍋爐系統(tǒng)技改工程項目的立項、實施、投用等工作中，總結(jié)得出如下技改工程經(jīng)驗：技改工程項目所選工藝技術(shù)路線及設(shè)備應(yīng)立足前沿，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)或設(shè)備，同時，項目初步設(shè)計審查階段，要特別重視審查工作，避免裝置建成后一步一步陷入被動升級改造的局面；項目建設(shè)期間，必須嚴(yán)格把握項目實施程序，以可研報告為基礎(chǔ)和依據(jù)，嚴(yán)格實行各專業(yè)的審查，其中外審工作尤為重要，且應(yīng)認(rèn)真對待專家的每條意見；項目實施前期，各專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)并了解安全、環(huán)保、設(shè)計、施工、制造等規(guī)范、法律、標(biāo)準(zhǔn)，以具備前瞻性或預(yù)測把握未來相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策及指標(biāo)的能力。