超低排放改造關(guān)鍵問題探究

文_郭俊蒙 國能包頭煤化工有限責(zé)任公司

煤炭是自然界的主要能源，它在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的化學(xué)和物理變化，由地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。我國一次能源消費中煤炭占比過半，其中燃煤發(fā)電廠對于煤炭的需要很大，有數(shù)據(jù)顯示，我國發(fā)電用煤占據(jù)全國煤炭總量的25%左右。而且燃煤發(fā)電廠技術(shù)為煤炭直接燃燒，煤本身含有的化學(xué)元素較多，在燃燒的催化作用下可能會發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)，最終的燃燒產(chǎn)物排放到大氣中，對于空氣質(zhì)量的影響非常大。如何科學(xué)合理的降低燃煤電廠的污染物排放，對于改善大氣環(huán)境具有重要的意義，因此由燃煤發(fā)電企業(yè)提出了超低排放的概念。通過多年的超低排放改造技術(shù)發(fā)展，燃煤發(fā)電企業(yè)已基本實現(xiàn)超低排放。并逐漸將超低排放的概念擴展到燃煤相關(guān)的其他相關(guān)企業(yè)，如化工、冶金等生產(chǎn)過程中的超低排放改造。

1 燃煤電廠排放的主要污染物

本文主要探討燃煤利用過程中，尾氣排放中含有的污染物，即排放的煙氣。因為此部分污染物是燃煤利用生產(chǎn)中最重要的污染物排放途徑。排放量大，染污性強，對環(huán)境的影響最大。一直作為環(huán)保監(jiān)控的主要排放口進行監(jiān)督管控。

煙氣是指在燃煤過程中通過煙囪排放到空氣中的氣體，由于煤本身含有一定的硫、氨等物質(zhì)，所以主要的煙氣污染物包括煙塵、硫化物以及氮氧化物等。首先，對于煙塵來說，它的粒子直徑小于10μm，可以長期的漂浮在空氣中，而且煙塵表面含有一定的硫酸鹽，可以與金屬物質(zhì)發(fā)生腐蝕等化學(xué)反應(yīng)，在漂浮的過程中除了會被吸入人體內(nèi)外，還可能與不同的物質(zhì)進行反應(yīng)，產(chǎn)生嚴重的危害。其次，硫化物是現(xiàn)階段空氣中危害性非常強的氣體，在煤炭開采的過程中，它或多或少的會存在相應(yīng)的硫物質(zhì)，經(jīng)過燃燒后與氧氣充分反應(yīng)形成二氧化硫或者三氧化硫等氣體，可以溶解于水中產(chǎn)生強烈的腐蝕作用，在空氣中也可以被吸入到人們的體內(nèi)，引發(fā)支氣管炎甚至更嚴重的疾病。另外，如果煤炭在燃燒的過程中沒有經(jīng)過充分反應(yīng)，或者在其他催化劑的作用下還會產(chǎn)生碳、氮等氧化物，其中一氧化氮的毒性極強；如果單位密度的空氣中一氧化氮含量超標，在短時間內(nèi)就可以造成人體死亡。同時，二氧化氮會與大氣中的碳氧化物作用，生成光化學(xué)煙霧和臭氧，對農(nóng)作物、森林、人類健康造成巨大的危害。

2 超低排放改造的主要技術(shù)

2.1 袋式除塵技術(shù)

袋式除塵技術(shù)是高效的干式除塵方法，在生產(chǎn)實際中應(yīng)用非常廣泛，可用于燃煤儲運、現(xiàn)場灰塵治理、鍋爐煙氣除塵等處，它是將纖維元素做成濾袋的形式，吸附燃煤電廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，它的除塵效率極高，有著非常重要的作用。在袋式除塵技術(shù)中，濾袋的選擇是其中的關(guān)鍵內(nèi)容，在現(xiàn)階段來說，纖維濾料是其中的主要原料，它是一種新型復(fù)合物，在使用的過程中不僅過濾速度快，也可以提高過濾質(zhì)量，而且便于后續(xù)的清洗工作，節(jié)省沖洗過程中的資源消耗。纖維濾料還具有高強度的適用性，可以適應(yīng)搖擺、沖擊等不同的動作。同時，在袋式除塵技術(shù)及電除塵技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出電袋復(fù)合除塵器，利用電場捕捉收集顆粒大的煙塵，對微塵進行荷電，提高袋式除塵器的除塵效果，電袋式復(fù)合除塵器要充分考慮協(xié)同除塵作用及電場故障情況下的除塵效果。

2.2 煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫指從煙道氣或其他工業(yè)廢氣中除去硫氧化物(SO2和SO3)。國內(nèi)外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大致可分為濕式拋棄工藝、濕式回收工藝和干式工藝三類。在我國的火電廠、鋼廠，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程，這種工藝已有50年的歷史，經(jīng)過不斷地改進和完善后，技術(shù)比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98%)，機組容量大，煤種適應(yīng)性強，運行費用較低和副產(chǎn)品易回收等優(yōu)點。在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經(jīng)過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低(45℃），大都在露點以下，所以若不經(jīng)過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴散。

2.3 低氮燃燒改造技術(shù)

在燃煤電廠的工作過程中，還可以從源頭上進行超低排放的改造工作，有關(guān)人員應(yīng)該對燃煤工藝進行具體的研究，明確它的標準流程，從而在傳統(tǒng)的燃燒器中加入鼓風(fēng)機、引風(fēng)機等裝置，或者采用變頻器等設(shè)備實現(xiàn)自動控制，這種設(shè)備的加入可以提高燃煤過程的清潔性，使得煤炭達到充分燃燒，提高工作效率。現(xiàn)階段來說，低氮燃燒改造技術(shù)在應(yīng)用中被不斷改造和創(chuàng)新，可以根據(jù)燃燒室的特點進行具體的安裝，通過調(diào)節(jié)燃燒器提高煤炭的燃燒參數(shù)，而且這種改造技術(shù)方便后續(xù)的維修和保養(yǎng)。另外，工作人員可以在低氮燃燒改造技術(shù)中安裝閥門裝置，加強各方面的控制，使其可以達到最佳的效果。

3 燃煤電廠超低排放改造中的關(guān)鍵問題

3.1 影響因素過多

在燃煤電廠超低排放改造技術(shù)應(yīng)用的過程中，存在的主要問題就是影響因素過多，導(dǎo)致許多技術(shù)達不到預(yù)期的標準，沒有加強各方面的控制。就袋式除塵這一改造技術(shù)來說，首先，在應(yīng)用的過程中，濾袋上的粉塵厚度與它的吸附效果有著直接的關(guān)系，如未對濾袋的噴吹、振達嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，將導(dǎo)致濾袋上的粉塵聚集嚴重，還可能在吸附力的作用下產(chǎn)生粉塵架橋現(xiàn)象，從而導(dǎo)致煙塵吸附的效率降低且造成除塵器壓差增大。其次，對本廠粉塵特性、除塵器處溫度等未進行充分分析，沒有根據(jù)煙塵的特點、大小及煙溫進行濾袋原料的選擇，從而導(dǎo)致部分粉塵并沒有得到有效的吸附或極易造成濾袋的損壞。另外，對于除塵器的輸灰系統(tǒng)設(shè)計余量不足或輸送系統(tǒng)設(shè)計存在缺陷，將導(dǎo)致煤質(zhì)波動時，即灰分增加的情況下，輸灰能力不足導(dǎo)致必須降負荷運行?；蛘哂捎谠O(shè)計缺陷導(dǎo)致輸灰系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，輸灰管線頻繁泄漏或堵塞等情況的發(fā)生。對于脫硫改造這一改造技術(shù)來說，以石灰石-石膏濕法脫硫為例，如何合理的選擇塔內(nèi)結(jié)構(gòu)、噴淋密度、鈣硫比、除霧器形式對于改造后的排放指標、經(jīng)濟運行有著至關(guān)重要的意義。對于低氮燃燒改造技術(shù)，如何立足原設(shè)備選擇合適的低氮燃燒技術(shù)，是保證改造后效果及減少改造投資的重要環(huán)節(jié)。

3.2 改造的質(zhì)量管理問題

在燃煤電廠超低排放改造技術(shù)應(yīng)用中，它的改造質(zhì)量也是阻礙改造效果的主要因素。首先，在進行超低排放改造裝置的安裝過程中，沒有加強對施工過程的監(jiān)督，導(dǎo)致許多項目的實施不符合相關(guān)標準，如材料焊接、保溫、防腐等施工作業(yè)未嚴格按照規(guī)范要求，將造成后續(xù)運行過程中的泄漏、凍結(jié)或防腐脫落等故障的發(fā)生，嚴重影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。其次，沒有對改造裝置的質(zhì)量進行合格性檢查，如低氮燃燒器，在安裝之前，如果沒有對它的生產(chǎn)廠家以及零部件進行檢驗，直接進行裝置改造。濕式脫硫系統(tǒng)常用的襯膠管道和漿液泵防腐等如未進行合格性檢驗即進行安裝。可能會產(chǎn)生不同的質(zhì)量和安全隱患。

3.3 改造安全管理的問題

超低排放技術(shù)改造過程中的安全管理也是重中之重，由于不注重安全管理造成的施工事故時有發(fā)生。首先，技改項目的安全管理較建設(shè)項目的安全管理要復(fù)雜，技改過程中，不得對生產(chǎn)運行中的裝置產(chǎn)生影響。其次，技改項目的施工工期一般都較短，盡量減少對生產(chǎn)的影響。這就造成在技改過程中趕工期的情況時有發(fā)生。趕工期會造成安全管理漏洞增加，如果施工安全管理沒有嚴格落實，就很有可能造成事故。如，在吸收塔改造中，防腐涂層及除霧器均為易燃材料，如果施工中消防安全沒有落到實處，則很有可能發(fā)生火災(zāi)事故，造成嚴重的后果。改造施工過程中，動火作業(yè)、受限空間作業(yè)、高處作業(yè)、吊裝作業(yè)等直接作業(yè)繁多，且多為施工難度較大的作業(yè)，如施工組織及人員安全管理不到位，極易發(fā)生人身傷害事故。此外，施工隊伍的人員素質(zhì)參差不齊，如何加強施工人員的安全管理，也是技術(shù)改造過程中的安全管理要點。

4 燃煤電廠超低排放改造問題的解決方法

4.1 明確改造方向，充分進行改造可行性分析

以某煤化工企業(yè)自備電站鍋爐超低排放改造各項管理措施為例。首先，充分地了解超低排放要求，包括技術(shù)規(guī)范、政策體系等，如排放標準、完成日期、配套監(jiān)測設(shè)備體系、采樣規(guī)范要求、環(huán)保驗收標準和監(jiān)測條件等。現(xiàn)行的超低排放標準為煙塵排放濃度小于10mg/Nm3,SO2排放濃度小于35mg/Nm3，NOx排放濃度小于50mg/Nm3。為保證改造后能夠長期維持低于超低排放標準運行，且有一定的余量，在項目設(shè)計時留有余量將改造目標設(shè)定高于超低排放標準，即設(shè)定改造后排放指標須達到煙塵排放濃度小于5mg/Nm3,SO2排放濃度小于25mg/Nm3，NOx排放濃度小于35mg/Nm3，且能夠長期穩(wěn)定運行，滿足性能驗收試驗規(guī)范要求。

其次，改造中要達到目標排放標準，必須保證管理技術(shù)、硬件設(shè)備設(shè)施、管理體系等均達到最優(yōu)化，同時考慮到節(jié)能、減排兩方面要求。改造方案編制工作中，應(yīng)及時進行各個工作環(huán)節(jié)的評估管理，如充分評估改造后能耗情況與三劑消耗情況、充分評估改造后系統(tǒng)穩(wěn)定性是否滿足要求、充分評估需要進行改造的設(shè)備范圍及改造難度等。相關(guān)人員要了解煙氣凈化設(shè)施的狀況和特點，并及時進行分析，結(jié)合現(xiàn)存差距進行改造。針對超低排放要求所帶來的改造難度，及時進行相關(guān)措施的制定和執(zhí)行，結(jié)合常規(guī)、非常規(guī)污染物風(fēng)險進行處理。

在SO2污染物超低排放的改造中，原吸收塔設(shè)計為噴淋空塔結(jié)構(gòu)，設(shè)置三層噴淋層，平板式除霧器結(jié)構(gòu)，燃煤硫分0.5%左右，燃煤硫分較低。在運行過程中兩臺漿液循環(huán)泵運行，即兩層噴淋層運行SO2排放濃度在60mg/Nm3左右，如三臺漿液循環(huán)泵運行，則SO2排放濃度在40mg/Nm3左右。且在運行過程中，除霧器帶水情況嚴重。通過分析采取了增加一層噴淋層，對現(xiàn)有噴淋層進行更換，增加噴淋密度；更換除霧器為屋脊式除霧器；在吸收塔內(nèi)噴淋層下部增加一層托盤層；吸收塔漿液區(qū)設(shè)置分離器，提高石膏的結(jié)晶效果。通過以上改造項目，在改造后的實際使用中能夠達到預(yù)期的效果。改造后吸收塔兩臺漿液循環(huán)泵運行即可將SO2排放濃度控制在15mg/Nm3左右，在保證環(huán)保指標的同時降低了循環(huán)泵的電量消耗；同時，由于托盤層的持液效果，及噴淋密度的增大，能夠進一步降低排放煙氣中的煙塵濃度，實際運行中吸收塔入口煙塵排放濃度20mg/Nm3左右，吸收塔出口煙塵排放濃度3mg/Nm3左右；除霧器的改造降低了吸收塔出口煙氣的含水量，降低了對于尾部煙道及煙筒的腐蝕。

在NOx污染物超低排放的改造中，采取了兩項改造措施，鍋爐采取低氮燃燒器改造，并在煙氣處理流程中增加催化劑層數(shù)。同時，對NOx污染物的產(chǎn)生和處理環(huán)節(jié)進行改造。低氮燃燒器采用降低爐膛煙溫，減少燃燒過程中的NOx產(chǎn)生量，同時為保證鍋爐的燃燒效率，在爐膛上部增加燃盡風(fēng)。煙氣處理流程中，對預(yù)留的一層脫硝催化劑層進行了填充，并由改造施工方對噴氨系統(tǒng)進行優(yōu)化，改造噴氨格柵。在實際運行中效果明顯，在不增加液氨消耗量的情況下，排放煙氣中NOx排放濃度由改造前的80mg/Nm3左右降低至改造后的30mg/Nm3左右。

在煙塵污染物超低排放的改造中，對原有布袋除塵器進行擴容，電除塵器進行改造升級不僅能提高布袋除塵器的煙氣處理量、降低布袋除塵器的壓差，也能對布袋振達及噴吹效果進行優(yōu)化，保證布袋除塵器的正常運行。同時，由于改造后吸收塔的煙氣清洗作用增加，將煙塵排放濃度由改造前的20mg/Nm3左右降低至改造后3mg/Nm3左右。

4.2 加強改造過程中的精細化管理

在超低排放改造過程中，應(yīng)該強化精細化管理，抓好質(zhì)量控制工作。首先，應(yīng)該做好現(xiàn)場的監(jiān)督檢查工作，健全現(xiàn)有的組織管理體系，落實業(yè)主單位、總包單位、監(jiān)理單位人員崗位責(zé)任制度，并保證制度落實到位，提高工作人員的責(zé)任意識，實現(xiàn)現(xiàn)場的深度管理，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，監(jiān)督整改。其次，結(jié)合實際情況對改造技術(shù)進行優(yōu)化和更新，對改造過程中發(fā)現(xiàn)的影響安全穩(wěn)定運行的因素要充分分析，制定完善的整改措施及設(shè)計變更方案，及時進行改進，以保證超低排放改造項目的有效性、可靠性。如，關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵工藝的施工必須有跟蹤、檢查、驗收記錄，如吸收塔的防腐施工、管線的防凍伴熱施工、管線防腐襯膠的質(zhì)量檢查、煙風(fēng)道嚴密性檢查等。

4.3 加強改造過程中安全管理

在超低排放改造技術(shù)過程中，應(yīng)要求總包單位、施工單位、監(jiān)理單位配置專業(yè)的安全管理人員，并由建設(shè)單位委派專業(yè)安全管理人員對各級安全管理人員的履職情況進行監(jiān)督檢查，形成有效的安全管理鏈條。對入廠的施工人員進行深入的安全培訓(xùn)，并進行考試?？己撕细袢藛T方可入廠進行施工作業(yè)。制定現(xiàn)場安全檢查考核制度，并宣貫到每一位施工人員。對于違反規(guī)定的人員嚴格考核，嚴重的做清退處理。針對超低排放技改施工的不同階段，根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)險制定有針對性的安全管控措施，如除霧器等易燃設(shè)備的安裝要制定專門的防火措施及應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié)語

某煤化工企業(yè)4臺480t/h蒸發(fā)量鍋爐通過超低排放改造，改造后全年較改造前全年，年度污染物排放量煙塵降低了78.49%,SO2排放量降低了60.99%，NOx降低了61.07%，合計減排煙塵約100t、SO2約200t、NOx約500t。綜上所述，煤炭作為我國的主要能源，被應(yīng)用在發(fā)電、冶金、化工等行業(yè)中，由于煤炭本身的性能以及工藝特點，在會排放煙氣、粉塵等污染物，因此通過對袋式除塵、低氮燃燒裝置、煙氣脫硫設(shè)施等設(shè)備的應(yīng)用，可以降低污染氣體的排放。煤炭相關(guān)企業(yè)可借鑒，并對超低排放技術(shù)進行應(yīng)用，來降低生產(chǎn)過程中污染物的排放。