燃煤鍋爐煙氣達(dá)特別排放限值處理技術(shù)

丁 艷，許登偉，李洪偉，吳斌華，歐吉元

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.青海鴻鑫礦業(yè)有限公司，青海 海西 816000）

煤炭在我國(guó)一次性能源中的比重高達(dá)70%，《區(qū)域空氣質(zhì)量綜合控制體系研究》顯示，極大的能源消費(fèi)量和以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是我國(guó)空氣污染的主要來(lái)源，我國(guó)SO2排放量的90%，NOX排放量的67%、煙塵排放量的70%均來(lái)自于燃煤[1]。截至2017年，全國(guó)工業(yè)鍋爐約有40.1萬(wàn)臺(tái)，其中燃煤工業(yè)鍋爐約30.7萬(wàn)臺(tái)，50%以上的燃煤鍋爐在采暖季使用。為減輕燃煤造成的大氣污染，國(guó)家要求重點(diǎn)區(qū)域燃煤鍋爐煙氣達(dá)特別排放限值排放，為此研究燃煤鍋爐達(dá)特別排放限值處理技術(shù)具有重要意義。

1 燃煤鍋爐煙氣治理技術(shù)

燃煤鍋爐煙氣污染物主要為 SO2、NOX、煙塵等。常用的治理技術(shù)有脫硫、脫硝、同時(shí)脫硫脫硝及除塵技術(shù)。煙氣脫硫技術(shù)包含濕法脫硫和干法脫硫兩類(lèi)，濕法脫硫主要有石灰石/石灰法、海水法、雙堿法等，干法脫硫主要有循環(huán)流化床法、活性炭/活性焦催化氧化吸附法、噴霧干燥法等。煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇非催化還原法、選擇催化還原法、催化分解法等。同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)主要有 NFT法、SNOx法、NOSOx法、SOx-NOx-ROx-BOx法、電子束法、活性炭及活性焦（B-F）法等[2]。煙氣除塵技術(shù)主要有機(jī)械式除塵、過(guò)濾式除塵、電除塵及濕式除塵等[3]。

采用以上治理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)鍋爐煙氣穩(wěn)定達(dá)《鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放。但隨著國(guó)家對(duì)燃煤污染物排放管控的日益嚴(yán)格，部分重點(diǎn)區(qū)域已實(shí)施燃煤鍋爐煙氣達(dá)特別排放限值排放，本文對(duì)北方供暖燃煤鍋爐煙氣達(dá)特別排放限值改造進(jìn)行研究，以期為同行業(yè)提供參考。

2 燃煤鍋爐煙氣達(dá)特別排放限值技術(shù)

北方某企業(yè)從事有色金屬礦采選，冬季采用一臺(tái)8.4MW燃煤鍋爐為礦山供暖，鍋爐煙氣采用多管除塵及石灰法脫硫達(dá)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》后經(jīng)40m高煙囪排放。為積極響應(yīng)國(guó)家“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”工作號(hào)召，降低燃煤鍋爐煙氣排放對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響，企業(yè)主動(dòng)對(duì)鍋爐煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行達(dá)特別排放限值改造，2021年投入使用，實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐煙氣穩(wěn)定達(dá)特別排放限值排放。

2.1 改造前鍋爐煙氣處理現(xiàn)狀

燃煤鍋爐煙氣經(jīng)多管除塵及脫硫塔處理后經(jīng)40m煙囪達(dá)標(biāo)排放。多管除塵器屬于旋風(fēng)類(lèi)干式除塵器，除塵器包括放置旋風(fēng)子的箱體，煙氣的進(jìn)出口和粉塵收集的灰斗。工作原理是含塵氣體進(jìn)入除塵器入口，通過(guò)導(dǎo)向器，于旋風(fēng)子內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，粉塵和氣體分離，粉塵降落在集塵箱內(nèi)，經(jīng)鎖氣器排出。經(jīng)多管除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫塔進(jìn)一步處理。脫硫塔采用常規(guī)石灰法脫硫，石灰的水合物是一種二價(jià)堿，SO2是一種酸酐，與水化合生成亞硫酸，石灰脫硫的原理是發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，反應(yīng)原理如下[4]：

煙氣處理系統(tǒng)的脫硫塔頂部設(shè)8個(gè)噴頭，脫硫劑沉淀池pH控制為12～13，脫硫塔出水口pH控制為10～12。石灰漿液由脫硫塔頂部噴頭噴入，鍋爐煙氣自脫硫塔底部進(jìn)入，在塔體內(nèi)上升過(guò)程中，與噴淋下的石灰漿液接觸，煙氣中的二氧化硫、氮氧化物與石灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去，部分剩余顆粒物通過(guò)碰撞、粘附得以去除。鍋爐煙氣經(jīng)多管除塵及石灰法脫硫后排放濃度如表1所示。

表1 鍋爐煙氣處理系統(tǒng)改造前污染物排放情況

2.2 鍋爐煙氣處理系統(tǒng)改造

企業(yè)經(jīng)研究攻關(guān)，對(duì)鍋爐煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行以下改造：在多管除塵后增設(shè)脈沖布袋除塵器，同時(shí)將脫硫堿液由石灰更換為氫氧化鈉，脫硫塔噴頭由8個(gè)增加為14個(gè)，脫硫劑沉淀池pH控制為12～13，脫硫塔出水口pH控制為10～12，煙氣出口端增設(shè)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)二氧化硫、氮氧化物、顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

增加的脈沖布袋除塵器由上箱體、中箱體、灰斗、支架、濾袋及噴吹裝置、卸灰裝置等組成。含塵氣體經(jīng)風(fēng)冷裝置降溫后從除塵器的風(fēng)室進(jìn)入各分室灰斗，并在灰斗導(dǎo)流裝置的導(dǎo)流下，大顆粒的粉塵被分離，直接落入灰斗，而較細(xì)粉塵均勻地進(jìn)入中部箱體而吸附在濾袋的外表面上，干凈氣體透過(guò)濾袋進(jìn)入上箱體，并經(jīng)各離線閥和排風(fēng)管排排出。為防止鍋爐高溫?zé)煔鈱?duì)布袋造成損壞，在鍋爐煙氣進(jìn)入除塵器前安裝了高溫溫度探頭（1200℃），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐尾氣溫度變化。鍋爐出風(fēng)與除塵器的進(jìn)風(fēng)管路上設(shè)置溫控儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)入除塵器的溫度，確保濾袋安全運(yùn)行。在除塵器出口管道上可監(jiān)測(cè)最終的出風(fēng)溫度。通過(guò)溫度在線監(jiān)測(cè)，可確保除塵器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

氫氧化鈉脫硫的機(jī)理是脫硫塔內(nèi)發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，反應(yīng)原理如下：

通過(guò)方案制定，設(shè)備采購(gòu)及安裝，鍋爐煙氣處理系統(tǒng)2020年1月全面完成改造，經(jīng)調(diào)試，2021年1月19日正式投用，連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月的煙氣污染物排放情況如表2及圖1所示。

表2 鍋爐煙氣處理系統(tǒng)改造后污染物排放情況表

圖1 改造后連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月的污染物排放濃度

由表2及圖1可見(jiàn)，鍋爐煙氣系統(tǒng)改造后連續(xù)運(yùn)行的1個(gè)月中鍋爐煙氣中二氧化硫、氮氧化物、顆粒物均優(yōu)于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》特別排放限值排放，其中二氧化硫可低于100mg/m3。此外，在運(yùn)行的1個(gè)月中，未發(fā)生設(shè)備堵塞現(xiàn)象?？梢?jiàn)，增加脫硫噴頭、將脫硫劑由石灰更換為氫氧化鈉及增設(shè)布袋除塵器后，鍋爐煙氣的脫硫除塵效率顯著提高，外排二氧化硫、顆粒物濃度大幅降低。

2.3 污染物處理效率提升的原因分析

2.3.1 顆粒物

改造前，鍋爐煙氣采用多管除塵器處理，多管除塵屬旋風(fēng)除塵的一種，借助于含塵氣流的離心力將固體粒子從氣流中分離出來(lái)，顆粒物去除效率不高，對(duì)小顆粒粉塵較難去除，去除效率通常為85%～90%，常用于多級(jí)除塵系統(tǒng)的一級(jí)除塵。改造后采用多管除塵及布袋復(fù)合除塵，利用布袋除塵器對(duì)亞微米粒級(jí)小顆粒粉塵的凈化優(yōu)勢(shì)，對(duì)多管除塵后余留的細(xì)小顆粒物進(jìn)一步凈化處理，實(shí)現(xiàn)廢氣中外排顆粒物低于30mg/m3。此外，采用多管除塵及布袋復(fù)合除塵技術(shù)，在廢氣進(jìn)入布袋前先進(jìn)行預(yù)除塵，使煙氣中的粗顆粒物先去除，減少粗顆粒物對(duì)布袋的沖刷，可延長(zhǎng)布袋使用壽命。

2.3.2 二氧化硫

改造前，鍋爐煙氣采用石灰漿液噴淋，噴頭數(shù)僅為8個(gè)，而反應(yīng)要求的液氣比較高，噴頭易堵塞，從而影響二氧化硫去除效率。改造后，將脫硫劑由石灰優(yōu)化為氫氧化鈉，同時(shí)將脫硫塔噴頭增加為14個(gè)。杜謙等人的研究表明，脫硫塔中脫硫率隨液氣比增加而增加[5]。煙氣處理系統(tǒng)改造后通過(guò)增加噴頭數(shù)量，增大了脫硫塔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的液氣比，同時(shí)氫氧化鈉溶解度遠(yuǎn)高于氫氧化鈣，減少了噴頭堵塞的現(xiàn)象，提升了脫硫效率，實(shí)現(xiàn)外排煙氣中二氧化硫低于100mg/m3，優(yōu)于《工業(yè)gen鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》特別排放限值排放。

2.4 運(yùn)行成本分析

改造后，企業(yè)燃煤鍋爐廢氣處理成本約10萬(wàn)元/月,成本中占比最高的為人工費(fèi)，占成本的72%，材料費(fèi)占成本的20%，動(dòng)力費(fèi)占8%，具體如表3所示。

表3 鍋爐廢氣處理成本（萬(wàn)元/月）

3 結(jié)論

供暖燃煤鍋爐煙氣采用多管除塵+石灰法脫硫后，污染物達(dá)《工業(yè)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放，但系統(tǒng)易產(chǎn)生堵塞問(wèn)題。對(duì)鍋爐煙氣處理系統(tǒng)采用多管除塵+脈沖布袋除塵+氫氧化鈉脫硫，并增加脫硫塔噴頭后，可延長(zhǎng)布袋使用壽命，增加脫硫塔液氣比，降低脫硫系統(tǒng)堵塞問(wèn)題，提高脫硫除塵效率，降低污染物排放濃度，實(shí)現(xiàn)外排煙氣穩(wěn)定達(dá)《工業(yè)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》特別排放限值排放。