燃煤鍋爐煙氣超低排放技術(shù)研究

文_張瑩瑩 山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司資源環(huán)境管理局

針對某公司2×480t/h 超高壓循環(huán)流化床鍋爐進行煙氣超低排放技術(shù)改造，在原有脫硫塔內(nèi)部增加煙氣托盤和高效管束除霧器，使煙氣與脫硫劑充分混合并利用離心力在高效管束除霧器內(nèi)分離粉塵和水滴，進一步降低煙氣中的SO2和粉塵濃度，使之滿足超低排放標準。

1 改造內(nèi)容

本次改造項目總投資876．8 萬元，在原有脫硫塔內(nèi)部增加煙氣托盤和高效管束除霧器，使煙氣與脫硫劑充分混合并利用離心力在高效管束除霧器內(nèi)分離粉塵和水滴，進一步降低煙氣中的SO2和粉塵濃度，使之滿足超低排放標準（即：氮氧化物50mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、煙塵10mg/Nm3）。兩臺鍋爐于2017 年9月底技改完成，2 號鍋爐于2017 年10 月19 日啟動投入運行，1 號鍋爐于11 月10 日啟動投入運行，檢測結(jié)果三項指標均達到超低排放標準。

本次改造在原有爐外脫硫系統(tǒng)上進行，且不影響原有設(shè)備的性能。具有“工期短、投資少、效益好”等特點。

2 工藝方案選擇研究

在對大氣污染物“塵硫氮”改造特別是“塵”實施“超低排放”，如何選擇技術(shù)路線成為擺在我們面前的一個課題。目前國內(nèi)粉塵超低排放技術(shù)方案主要有濕式電除塵、電袋復合式除塵器和管束式除塵器等。

2.1 濕式電除塵

濕式電除塵器是一種用來處理含微量粉塵和微顆粒的新除塵設(shè)備，主要用來除去含濕氣體中的塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2．5等有害物質(zhì)，是治理大氣粉塵污染的常用設(shè)備。但濕式電除塵存在改造投入成本高、占用空間大、施工周期長、施工難度大，投入后，運行阻力及運行成本較高，且存在增加脫硫系統(tǒng)廢水缺點，加重脫硫廢水系統(tǒng)處理負擔。

2.2 電袋復合式除塵器

電袋復合式除塵器是有機結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的特點，通過前級電場的預收塵、荷電作用和后級濾袋區(qū)過濾除塵的一種高效除塵器，它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢，以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點。但電袋除塵器存在運行阻力較大，對于在役機組改造來說，引風機需要較大余量。電袋除塵，濾袋破袋后對粉塵影響較大，在追求粉塵超低排放的當下一旦出現(xiàn)破袋，將對排放產(chǎn)生重大影響。

2.3 管束式除塵器

管束式除塵器是近年來發(fā)展起來的一種新型除塵器，通過在吸收塔頂部加載除塵管束(替代原除霧器)，達到粉塵超低排放的目的。管束式除塵器是利用煙氣通過其設(shè)置的三層導流葉片后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，通過離心力分離煙氣中的霧滴及粉塵，其主要有以下特點：

（1）使用環(huán)境的特點

管束式除塵器的使用環(huán)境是含有大量液滴的50℃飽和凈煙氣，其特點是霧滴量大，霧滴粒徑分布范圍廣，由漿液液滴、凝結(jié)液滴和塵顆粒組成，除塵主要是脫除漿液液滴和塵顆粒。

（2）細小液滴與顆粒的凝聚

大量的細小液滴與顆粒在高速運動條件下碰撞機率大幅增加，易于凝聚成為大顆粒，從而實現(xiàn)從氣相的分離。

（3）大液滴和液膜的捕悉

除塵器筒壁面的液膜會捕悉接觸到其表面的細小液滴及在增速器和分離器葉片表面的大液滴層，細小液滴經(jīng)大液滴層實現(xiàn)對細小霧滴的脫除。

（4）多級分離器實現(xiàn)對不同粒徑液滴的捕悉

氣體旋轉(zhuǎn)流速越大，離心分離效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，運行阻力越大，越容易發(fā)生二次霧滴的生成；因此其采用多級分離器，分別在不同流速下對霧滴進行脫除，保證較低運行阻力下的高效除塵效果。

三種粉塵超低排放改造技術(shù)比對見表1。

表1 三種粉塵超低排放改造技術(shù)比對

經(jīng)過以上比較，管束式除塵器無論從投資、施工及運行成本、可靠性來說，在燃煤機組粉塵超低排放改造中，都具有一定優(yōu)勢，因此我們把管束式除塵器作為此次改造路線的首要選擇。

3 改造實施方案

3.1 方案技術(shù)原則

本次改造區(qū)域僅限于脫硫塔內(nèi)噴淋層以上包括噴淋層、除霧器、凈煙氣出口煙道等。

改造后，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝能在鍋爐啟動及任意負荷下安全穩(wěn)定運行。

盡量利用現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備，整體系統(tǒng)節(jié)能降耗，便于運行維護，提升整套系統(tǒng)超低排放改造的最佳性價比。同時，投標方必須盡可能降低對原有系統(tǒng)的影響，招標方為超低排放改造的施工、安裝提供便利并盡量滿足改造所需的停機時間，縮短施工周期。

須采用先進、成熟、可靠人技術(shù)，造價經(jīng)濟、合理、便于運行維護。運行費用最低，確保人員設(shè)備安全，節(jié)省能源、原材料和占地。

在設(shè)計上要留有足夠的通道，包括消防、施工、檢修需要的吊裝及運輸通道。

3.2 改造方案

本次改造方案仍采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。全煙氣脫硫，一爐一塔。

為滿足最新的鍋爐煙氣污染物超低排放標準，提高現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)的效率，吸收塔內(nèi)新裝管束除塵器。

保證煙囪入口的煙氣溫度不低于50℃，在任何正常運行工況下，除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量應(yīng)低于20mg/Nm3。煙囪不得有石膏雨現(xiàn)象。煙氣處理能力為最大連續(xù)工況時的煙氣量，脫硫效率≥98%。

核對現(xiàn)有脫硫設(shè)備的性能出力，盡量利用現(xiàn)有設(shè)備。

脫硫系統(tǒng)新增阻力由現(xiàn)有引風機克服，不設(shè)置增壓風機。

脫硫劑不變，吸收塔漿液循環(huán)泵和氧化風機不變。

吸收塔結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部設(shè)計避免出現(xiàn)死角、結(jié)垢和堵塞等問題。吸收塔頂部制造所選用的材質(zhì)及內(nèi)部防腐涂料須滿足脫硫工藝的運行要求，內(nèi)部所有部件均可承受最大入口氣流及最高進口煙氣溫度的沖擊，并可承受煙氣飛灰和脫硫固體懸浮物的磨損。塔體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)考慮合適的腐蝕余度。為防止塔內(nèi)液體泄漏，吸收塔本體為氣密性結(jié)構(gòu)，改造時盡可能使用焊接連接，以保證殼體結(jié)構(gòu)的完整性，法蘭和螺栓連接僅在必要時使用。塔體上的人孔、通道、連接管道等需要在殼體穿孔的地方均相應(yīng)進行密封，防止泄漏。改造后吸收塔脫硫效率不低于98%；脫硫塔出口煙塵濃度不大于5mg/Nm3。

4 改造后效果對比分析

改造后，氮氧化物、二氧化碳、煙塵三項指標均達到規(guī)定的超低排放標準。改造前后指標對比見表2。

表2 改造前后指標對比

5 技術(shù)綜合比較

該公司作為煤矸石綜合利用熱電廠，年消化當?shù)孛耗?、煤矸石等劣質(zhì)燃料120 余萬t，可節(jié)約標準煤35．27 萬t（700 元/t，共計2．5 億元）。同時減少了煤泥、煤矸石的堆存量。改造前后排放總量及環(huán)保稅繳納對比分析見表3。環(huán)境保護稅自2018 年開始征收，通過表3 對比分析，改造后每年少繳納環(huán)保稅626．51 萬元。

表3 改造前后排放總量及環(huán)保稅繳納對比分析

6 結(jié)語

在此次技改過程中，通過多方案比選，采用了技術(shù)先進、改造量小、工程實施快，占地面積小的改造方案，節(jié)省了大量的投資，取得可觀的經(jīng)濟效益。鍋爐改造后，各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好，煙氣排放各項指標時刻處于超低排放標準范圍內(nèi)。