陶瓷多管旋風(fēng)除塵+麻石噴淋脫硫除塵技術(shù)在河南油田北區(qū)供熱站上的應(yīng)用

王靖

摘要：根據(jù)北區(qū)供熱站燃煤鍋爐煙氣實(shí)際排放指標(biāo)，結(jié)合國(guó)家和地方政府對(duì)煙氣排放相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求指標(biāo)，考慮到脫硫除塵技術(shù)的穩(wěn)定性、成熟性以及現(xiàn)場(chǎng)位置等因素，本煙氣脫硫除塵采用陶瓷多管旋風(fēng)除塵+麻石噴淋脫硫除塵技術(shù);除塵采用陶瓷多管旋風(fēng)除塵器一級(jí)除塵+麻石噴淋除塵二級(jí)除塵技術(shù);脫硫采用麻石噴淋脫硫技術(shù)。通過(guò)改造，使鍋爐大氣污染物達(dá)標(biāo)排放，減少對(duì)環(huán)境污染，消除安全隱患，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：陶瓷多管旋風(fēng)除塵器;麻石噴淋脫硫塔;鈉鈣雙堿法

1 現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1現(xiàn)狀

1.1.1 供熱站及設(shè)備簡(jiǎn)介

北區(qū)供熱站始建于1990年10月，現(xiàn)有5臺(tái)14MW熱水鍋爐和2臺(tái)4t/h蒸汽鍋爐，14MW熱水鍋爐生產(chǎn)95℃供暖熱水。擔(dān)負(fù)著油田中心區(qū)域10多個(gè)小區(qū)、單位的供暖工作?？偣崦娣e106×104m2，采用熱水一級(jí)供暖方式，供熱設(shè)計(jì)負(fù)荷70MW。4t/h蒸汽鍋爐生產(chǎn)低壓蒸汽為干休所提供汽暖，同時(shí)直接加熱換熱罐內(nèi)自來(lái)水生產(chǎn)60℃的生活熱水為廣源賓館、干休所、油田賓館提供生活熱水。

1.1.2 煙氣處理工藝及設(shè)備

Ⅱ類煙煤和20%油泥在鍋爐爐膛燃燒，產(chǎn)生的熱能被水吸收，產(chǎn)生的煙氣通過(guò)煙道進(jìn)入脫硫除塵設(shè)備，再進(jìn)入引風(fēng)機(jī)，通過(guò)煙囪排入大氣。北區(qū)供熱站目前煙氣處理采用脫硫除塵一體化處理設(shè)備。

1.2存在的問(wèn)題

1.2.1已有脫硫除塵一體裝置存在安全隱患

脫硫裝置由鋼結(jié)構(gòu)殼體和內(nèi)襯防腐涂料組成，由于鋼結(jié)構(gòu)殼體和耐酸堿內(nèi)襯熱膨脹系數(shù)不同，熱煙氣導(dǎo)致其變形量不同，引起開(kāi)裂、脫落，其金屬外殼在酸霧沖刷下，會(huì)很快受到腐蝕穿孔，存在安全隱患。

1.2.2現(xiàn)有煙氣處理設(shè)備無(wú)法滿足新標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求

根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2014）4.2條要求：10t/h以上在用蒸汽鍋爐和7MW以上在用熱水鍋爐2015年10月1日起執(zhí)行表1規(guī)定的大氣污染物排放限值，10t/h及以下在用蒸汽鍋爐和7MW及以下在用熱水鍋爐2016年7月1日起執(zhí)行行表1規(guī)定的大氣污染物排放限值：燃煤鍋爐的顆粒物≤80mg/m³;二氧化硫≤400mg/m³;氮氧化物≤400mg/m³。

自2009年以來(lái)，北區(qū)供熱站承擔(dān)了勘探局含油污泥無(wú)害化焚燒的任務(wù)，在處置過(guò)程中，含油污泥經(jīng)焚燒后煙塵排放濃度增加，根據(jù)相關(guān)煙氣測(cè)試報(bào)告，煙塵測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-1。

1.2.3影響供暖鍋爐房的高效、穩(wěn)定運(yùn)行

由于脫硫除塵一體化裝置有部分穿孔，引風(fēng)系統(tǒng)存在負(fù)壓吸入外界空氣現(xiàn)象，造成鍋爐引風(fēng)機(jī)引風(fēng)量不足，鍋爐的正常配風(fēng)受到影響，燃燒效果得不到保證，進(jìn)而影響供暖質(zhì)量。

2 ?脫硫除塵技術(shù)應(yīng)用

本次拆除北區(qū)供熱站內(nèi)5臺(tái)14MW熱水鍋爐（單臺(tái)煙氣量為48000m³/h）的脫硫除塵一體化裝置，更換為陶瓷多管除塵器+麻石噴淋脫硫塔。

2.1除塵技術(shù)應(yīng)用

2.1.1除塵技術(shù)路線確定

目前鍋爐除塵方式主要為旋風(fēng)除塵器除塵、陶瓷多管除塵器除塵、濕法除塵、布袋式除塵和靜電除塵。其中旋風(fēng)除塵器除塵、陶瓷多管除塵器除塵2種方法除塵效率為80%;當(dāng)漏風(fēng)率≤4%時(shí)，陶瓷多管旋風(fēng)除塵器除塵效率可達(dá)到85-90%，漏風(fēng)率每上升1%，除塵效率下降5%;含油氣煙氣不能使用靜電式除塵器。據(jù)燃煤鍋爐有關(guān)參數(shù)和北區(qū)供熱站鍋爐摻燒20%油泥現(xiàn)狀，為了避免油氣粘濾袋增加煙氣阻力，不推薦使用布袋式除塵器。

濕法除塵除塵效率可達(dá)到90-95%。根據(jù)目前北供14MW熱水鍋爐設(shè)計(jì)煙塵排放濃度1800-2500mg/m³，2.8MW蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)煙塵排放濃度2000-2500mg/m³。

旋風(fēng)除塵器、陶瓷多管旋風(fēng)除塵器除塵后煙塵濃度在200-375mg/m³;濕法除塵除塵后煙塵濃度在200-250mg/m³以內(nèi)，均不能滿足GB13271-2014中外排煙塵濃度≤80mg/m³的要求。

陶瓷多管旋風(fēng)除塵器是一種高效除塵器，除塵器效率最高可達(dá)90%以上，除塵器本體阻力低于1200Pa。本除塵器負(fù)荷適應(yīng)性好，在70%負(fù)荷時(shí)，除塵效率在94%以上。正常情況下除塵效率可達(dá)到85-90%。單靠該除塵器除塵無(wú)法滿足規(guī)范要求，依賴于后面的濕法脫硫塔繼續(xù)除塵才能滿足GB13271-2014中外排煙塵濃度≤80mg/m³的要求。

根據(jù)5臺(tái)14MW熱水鍋爐的煙氣量情況，需要除塵量為不小于2420mg/m³。陶瓷多管旋風(fēng)除塵器正常除塵效率在85-90%，按85%計(jì)算，經(jīng)過(guò)該除塵器后，煙塵濃度為375mg/m³，脫硫除塵器一體化塔的除塵效率在90-95%之間，按90%計(jì)算，經(jīng)過(guò)脫硫塔后，煙塵濃度為37.5mg/m³。能滿足GB13271-2014中外排煙塵濃度≤80mg/m³的要求。

2.1.2 陶瓷多管旋風(fēng)除塵技術(shù)應(yīng)用

2.1.2.1除塵器選型

陶瓷多管旋風(fēng)除塵器是若干個(gè)旋風(fēng)子并聯(lián)在一體的旋風(fēng)除塵器。共同使用進(jìn)出管道和灰斗。除塵器的進(jìn)風(fēng)口氣體流速很重要。一般不低于18m/s。太低，處理效率會(huì)降低，還有容易堵塞的危險(xiǎn)，太高，旋風(fēng)子磨損嚴(yán)重，阻力明顯增加。陶瓷多管旋風(fēng)除塵器因沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)件及易損件，所有使用和維護(hù)相當(dāng)方便。

根據(jù)使用條件選用陶瓷材料制作旋風(fēng)子，旋風(fēng)子是陶瓷多管旋風(fēng)除塵器的內(nèi)臟部分。據(jù)燃煤鍋爐有關(guān)參數(shù)和北區(qū)供熱站鍋爐摻燒20%油泥特點(diǎn)，為了避免油氣粘旋風(fēng)管內(nèi)壁增加煙氣阻力，特采用內(nèi)壁光滑的陶瓷管，偶爾粘附在陶瓷管瓷面內(nèi)壁油氣也會(huì)被高速旋轉(zhuǎn)來(lái)的煙塵沖刷掉集灰斗。集灰斗下設(shè)重錘式卸灰閥，不大于4小時(shí)人工卸灰一次。

該除塵器分上下兩件，上部為除塵箱裝置（煙氣進(jìn)出口法蘭在上部側(cè)面連接鍋爐出口煙道、高處的出口法蘭連接引風(fēng)機(jī)），下部為集塵箱落灰斗裝置（含放灰裝置）。當(dāng)含塵氣體由總進(jìn)氣管進(jìn)入陶瓷多管旋風(fēng)除塵器的氣體分布室，隨后進(jìn)入陶瓷旋風(fēng)子和導(dǎo)流片之間的環(huán)形空隙時(shí)，導(dǎo)流片使氣體由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿旋風(fēng)體自圓筒體呈螺旋形向下，朝錐體流動(dòng)，含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力，將密度大于氣體的塵粒甩向筒壁。塵粒在與筒壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動(dòng)量和向下的重力沿壁面向下落入排灰口進(jìn)入總灰斗。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流到達(dá)錐體下端位時(shí)，因圓錐體的收縮即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向在旋風(fēng)管軸線方向由下而上繼續(xù)做螺旋形流動(dòng)，經(jīng)過(guò)陶瓷旋風(fēng)體排氣管進(jìn)入排氣室，由總排氣口排出。

根據(jù)站內(nèi)5臺(tái)14MW熱水鍋爐的煙氣量情況，鍋爐尾部出口煙塵濃度為2500mg/m³，規(guī)范要求為不大于80mg/m³，需要除塵量為不小于2420mg/m³，據(jù)此計(jì)算：14MW熱水鍋爐用陶瓷多管旋風(fēng)除塵器處理風(fēng)量為40000-50000m³/h，根據(jù)旋流風(fēng)速16-18m/s，選取旋風(fēng)子規(guī)格為φ360x2300mm，旋風(fēng)子個(gè)數(shù)為40個(gè)，最終選用XTD-20型陶瓷多管旋風(fēng)除塵器。

2.2脫硫技術(shù)應(yīng)用

2.2.1脫硫技術(shù)路線確定

目前，我國(guó)燃煤鍋爐煙氣脫硫技術(shù)主要采用燃燒后煙氣脫硫工藝。煙氣脫硫則以濕式脫硫工藝作為主。其中鈉鈣雙堿法適用于中小型鍋爐，脫硫效率較高，可達(dá)95%以上。操作運(yùn)行簡(jiǎn)便，無(wú)堵塞，不結(jié)垢，吸收劑資源豐富，投資較少，占地較小設(shè)備維護(hù)量較小，但運(yùn)行費(fèi)用略高，有大量固體廢棄物（石膏）產(chǎn)生，基本無(wú)廢水產(chǎn)生。故采用適用于鍋爐煙氣脫硫的工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、占地面積小、脫硫效率高、不易磨損、堵塞和結(jié)垢的鈉鈣雙堿法，對(duì)應(yīng)的設(shè)備為麻石噴淋脫硫塔。

2.2.2脫硫技術(shù)應(yīng)用

2.2.2.1脫硫原理

鈉鈣雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是利用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液作為啟動(dòng)脫硫劑，配制好的氫氧化鈉或碳酸鈉溶液直接打入脫硫塔洗滌脫除煙氣中SO₂來(lái)達(dá)到煙氣脫硫的目的，然后脫硫產(chǎn)物經(jīng)脫硫劑再生池再生成亞硫酸鈉或氫氧化鈉再打回脫硫塔內(nèi)循環(huán)使用。脫硫工藝主要包括5個(gè)部分：（1）吸收劑制備與補(bǔ)充;（2）吸收液噴淋;（3）塔內(nèi)霧滴與煙氣逆流接觸;（4）再生池吸收液再生成鈉基堿;（5）石膏脫水處理。

鈉鈣雙堿法脫硫的化學(xué)反應(yīng)如下：

1）吸收反應(yīng)

在主塔中以鈉堿溶液吸收煙氣中的SO₂：

2NaOH+SO₂= Na₂SO₃ + H₂O

由于設(shè)計(jì)時(shí)考慮投堿量略高于實(shí)際需要量，吸收液中尚有部分的NaOH，因此吸收過(guò)程中還生成亞硫酸氫鈉。

Na₂SO₃+ SO₂+H₂O2NaHSO₃

2）再生反應(yīng)

吸收液流到反應(yīng)池中與加入的石灰料漿反應(yīng)：

2NaHSO₃+Ca（OH）₂=Na₂SO₃+CaSO₃·H₂O↓+H₂O

Na₂SO₃+Ca（OH）₂+H₂O=2NaOH+CaSO₃·H₂O↓

再生后的漿液經(jīng)鈣鹽沉淀后，Na₂SO₃清液送回吸收塔循環(huán)使用。

3）副反應(yīng)

吸收過(guò)程的主要副反應(yīng)為氧化反應(yīng)

Na₂SO₃+O₂Na₂SO₄

因此在再生過(guò)程中Na₂SO₄發(fā)生下列反應(yīng)

Na₂SO₄+ Ca（OH）₂+2H₂O=2NaOH+CaSO₄·2H₂O↓

但實(shí)際上，由于溶液中有相當(dāng)量的SO或OH存在，Ca的濃度相應(yīng)很低，所以要使CaSO₄沉淀，再生時(shí)的OH≤0.14mol，要有足夠高的SO濃度，例如OH濃度為0.1 M，SO濃度為0.5 M，才會(huì)產(chǎn)生CaSO₄沉淀。

（2）麻石噴淋脫硫塔工作原理：

除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫裝置的低速文丘里管，與噴頭噴出的堿液混合，堿液被煙氣加速上行，遇撞擊擋板后轉(zhuǎn)向流動(dòng)，在此過(guò)程中煙氣與堿液充分接觸，SO₂被堿液吸收，煙氣中的微塵得到進(jìn)一步凈化，至撞擊擋板后煙氣上行，堿液匯集于隔板上部由泄液管流回堿池，凈化后的煙氣經(jīng)除霧器脫水后排出。此階段堿液利用率高，由于煙氣中含塵量少，生成物純度高，便于回收利用。

2.3脫硫除塵技術(shù)組合應(yīng)用

5臺(tái)陶瓷多管旋風(fēng)除塵器+5臺(tái)麻石噴淋脫硫塔。

該脫硫除塵組和應(yīng)用技術(shù)從設(shè)備上能保證達(dá)標(biāo)，需要經(jīng)常維護(hù)陶瓷多管旋風(fēng)除塵器，尤其是進(jìn)口法蘭和重力式卸灰閥重點(diǎn)漏風(fēng)部件，確保漏風(fēng)率≤4%，否則漏風(fēng)率每增加1%，除塵效率就會(huì)下降5%，直接增加脫硫除塵一體化塔內(nèi)部阻力和堵塞噴嘴的概率，除塵脫硫指標(biāo)升高。按煙氣中顆粒物含量2500mg/m^3，，陶瓷多管旋風(fēng)除塵器效率85%計(jì)算，除塵器出口顆粒物濃度為375mg/m³，脫硫除塵器一體化塔除塵效率90%計(jì)算，脫硫塔出口顆粒物濃度為37.5mg/m³，小于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》2014版國(guó)標(biāo)中規(guī)定顆粒物≤80mg/m³，但是維持合格顆粒物標(biāo)準(zhǔn)，需要確保后期運(yùn)行中除塵器及前后煙道新增加漏風(fēng)率小于3個(gè)百分點(diǎn)。該組合中脫硫除塵一體化塔正常情況下外排二氧化硫≤400mg/m³，滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》2014版國(guó)標(biāo)中規(guī)定二氧化硫≤400mg/m^3，的要求。

3 ?效果檢查

根據(jù)河南石油勘探局環(huán)境監(jiān)測(cè)站2015年11月26日對(duì)北供鍋爐煙氣的檢測(cè)，以北供3^#鍋爐脫硫除塵后外排煙氣實(shí)測(cè)值：煙氣顆粒物≤20.1mg/m3、二氧化硫≤35mg/m3，均低于國(guó)標(biāo)限值：煙氣顆粒物≤80mg/m3、二氧化硫≤400mg/m3?？梢?jiàn)顆粒物和二氧化硫均可達(dá)標(biāo)。

4、效益分析

該脫硫除塵技術(shù)應(yīng)用后的的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益如下：

（1）經(jīng)濟(jì)效益：該項(xiàng)目為北供節(jié)省排污費(fèi)65萬(wàn)/供暖季。

（2）環(huán)保效益：每個(gè)供暖季減排顆粒物210t、二氧化硫239t。2014年4月24日，十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第八次會(huì)議表決通過(guò)了《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法修訂案》，被稱為“史上最嚴(yán)厲”的新法?！侗惫┟摿虺龎m系統(tǒng)整改工程》為河南省環(huán)保廳督辦項(xiàng)目，每月檢查一次工程進(jìn)度，如果不整改將違法。根據(jù)第69條：違反本法規(guī)定，構(gòu)成犯罪的，依法追究刑事責(zé)任。本工程整改后，不但節(jié)約了排污費(fèi)，還能是業(yè)主單位免于環(huán)保法行政刑事處罰。

（3）社會(huì)效益：北供的脫硫除塵整改前，煙囪冒黑煙，屢次被周邊村民投訴，嚴(yán)重的一次是投訴到環(huán)保部網(wǎng)站并被受理，使該工程成為省環(huán)保廳的督辦項(xiàng)目。該項(xiàng)目實(shí)施后，煙囪不再冒黑煙、黃煙，周邊村民沒(méi)再投訴，確保了油田和地方的和諧發(fā)展。

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