某炭素廠回轉(zhuǎn)窯煙氣凈化系統(tǒng)處置工藝

位凱娜

（北京綠碳眾誠(chéng)環(huán)境科技有限公司，北京 101100）

0 引 言

為進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境的綜合治理，不斷改善人民群眾的生活環(huán)境，我國(guó)已逐步加強(qiáng)燃煤設(shè)施的日常監(jiān)督管理，嚴(yán)格控制中心市區(qū)及周邊企業(yè)生產(chǎn)爐窯氮氧化物、煙塵、二氧化硫等污染物的排放濃度及總量。環(huán)保改造工程完成后，不僅減少了煙氣中污染物的排放量，改善了本地區(qū)的生活環(huán)境，且提高了社會(huì)效益和環(huán)境效益。

企業(yè)為重要的生產(chǎn)炭陽(yáng)極基地之一，在注重經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還負(fù)有較高的社會(huì)責(zé)任。為加強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，樹(shù)立良好的企業(yè)形象，并保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也為了滿足《鋁行業(yè)規(guī)范條件》中要求“鋁用炭陽(yáng)極項(xiàng)目采用中、高硫焦原料時(shí)，必須配備高效的煙氣脫硫凈化裝置”和《鋁工業(yè)污染物排放濃度標(biāo)準(zhǔn)》 （GB25465-2010） 中的要求，企業(yè)決定對(duì)炭素廠煅燒系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯煙氣進(jìn)行脫硝、除灰、脫硫的改造治理，使煙氣中的氮氧化物、煙塵、二氧化硫的排放濃度均能達(dá)到環(huán)保要求。

本文闡述了一種炭素回轉(zhuǎn)窯煙氣凈化工藝，針對(duì)炭素廠煙氣脫硫、脫硝、除塵凈化的工藝進(jìn)行了探討。鑒于本企業(yè)內(nèi)部同時(shí)建有炭素廠及自備電廠，綜合考慮企業(yè)特有的生產(chǎn)設(shè)施配置，分析探討了炭素廠煙氣摻燒至自備電廠進(jìn)行協(xié)同凈化處置的方案。經(jīng)處理后，煙氣滿足環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。從凈化效果、改造工程量及投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等方面進(jìn)行研究，選擇更適合于本企業(yè)的炭素廠煙氣凈化工藝。

1 企業(yè)現(xiàn)有設(shè)施簡(jiǎn)介

1.1 自備電廠簡(jiǎn)介

自備電廠有3 臺(tái)300 MW 機(jī)組和3 臺(tái)1 014 t/h鍋爐。

（1） 環(huán)保工程配套建設(shè)脫硝采用低氮燃燒器改造+SCR 脫硝裝置。

（2） 除塵采用雙室四電場(chǎng)靜電除塵器。

（3） 脫硫采用石灰石-石膏濕法來(lái)煙氣脫硫工藝。

自備電廠3 臺(tái)機(jī)組合使用1 座高210 m 的三管煙囪，且建有工業(yè)廢水處理設(shè)施和生活污水處理設(shè)施，及貯灰場(chǎng)和儲(chǔ)煤場(chǎng)等公用及輔助設(shè)施。設(shè)計(jì)排放指標(biāo)煙塵≤5 mg/m3，SO2≤35 mg/m3，NOX≤50 mg/m3。

1.2 炭素廠簡(jiǎn)介

炭素一分廠煅燒系統(tǒng)設(shè)有2 套φ2.84 m×58 m 的回轉(zhuǎn)窯，在每套回轉(zhuǎn)窯尾部煙氣出口處各設(shè)置1 臺(tái)余熱蒸汽鍋爐（Q=28 t/h，P=1.6 MPa，t=350℃），其出口煙氣初始排放濃度（標(biāo)態(tài)、干基、α=1.7） ： 煙 塵≤600.1 mg/m3， SO2≤332.41 mg/m3NOX≤191.25 mg/m3。

2 摻燒方案

2.1 摻燒方案簡(jiǎn)介

本次摻燒煙氣方案擬以二次風(fēng)的形式摻燒送入到爐膛中，需設(shè)計(jì)相關(guān)的煙氣管道及風(fēng)機(jī)、閥門或擋板機(jī)構(gòu)等，管道及附件如擋板、閥門等應(yīng)采取防磨措施。

（1） 將煙氣以二次風(fēng)的形式送入到爐膛（燃燒器中上部二次風(fēng)噴口） 中，在一定程度上能夠降低爐內(nèi)燃燒的溫度，可能對(duì)鍋爐的NOX排放有利。

若煙氣的噴口設(shè)置在原二次風(fēng)噴口中，由于煙氣中含有粉塵，為了防止磨損，就需在空氣風(fēng)室中設(shè)計(jì)耐磨的噴嘴體。耐磨噴嘴體放置在原空氣風(fēng)室中，會(huì)影響相應(yīng)二次風(fēng)噴口的配風(fēng)（停運(yùn)時(shí)會(huì)更加加?。?/p>

若煙氣的噴口設(shè)置在獨(dú)立的二次風(fēng)噴口中，停運(yùn)時(shí)，需設(shè)計(jì)冷卻風(fēng)，影響鍋爐的燃燒及NOx的排放。

（2） 將煙氣以二次風(fēng)的形式送入到爐膛（燃燒器最下部二次風(fēng)噴口） 中，可能會(huì)提升燃燒器火焰中心的位置，降低燃盡高度及主燃燒器與燃盡風(fēng)之間的還原區(qū)，加大飛灰可燃物含量及鍋爐NOx的排放。

但由于煙氣中含有一定量的Cl 及S 元素，在燃燒過(guò)程中會(huì)給受熱面帶來(lái)高溫腐蝕。此外，煙氣中還含有一定量的NOx，增加了鍋爐中NOx的排放量。

2.2 摻燒煙氣導(dǎo)致排煙溫度上升的解決辦法

2.2.1 基本方案

摻燒煙氣之后，鍋爐排煙溫度為154 ℃，對(duì)比未摻燒煙氣前，鍋爐的排煙溫度上升了26 ℃，排煙熱損失增加，鍋爐的效率降低。

為了充分利用排煙的余熱，在預(yù)熱器尾部的煙道位置布置低溫省煤器，用于加熱凝結(jié)水。增設(shè)低溫省煤器之后，其排煙溫度降為120 ℃，充分利用了排煙的余熱，同時(shí)，排煙溫度的降低，在一定程度上提高了除塵的效率。

2.2.2 受熱面設(shè)計(jì)選型

對(duì)于低溫省煤器的設(shè)計(jì)有一套成熟的選型規(guī)則，對(duì)于高硫分、高灰分的煤質(zhì)，低溫省煤器受熱面布置在除塵器之后的低塵區(qū)，受熱面選擇H 型鰭片，會(huì)大大加劇積灰板結(jié)。

本工程煤質(zhì)的含硫量為1.2%，采用H 型鰭片無(wú)積灰的風(fēng)險(xiǎn)，并且對(duì)于改造工程，煙道的空間有限，H 型鰭片管能有效節(jié)省空間，使受熱面的布置方式更加合理、高效。

2.2.3 改造效果

經(jīng)初步核算，在預(yù)熱器尾部煙道增設(shè)低溫省煤器，可將排煙溫度由154 ℃降低為120 ℃，吸收了排煙的余熱，增加了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。

2.2.4 摻燒煙氣走向

在2 套回轉(zhuǎn)窯余熱鍋爐尾部合并設(shè)置2 臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)（一運(yùn)一備），回轉(zhuǎn)窯煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓后，匯合至煙氣母管，煙氣經(jīng)煙氣母管送至蘭州鋁業(yè)自備電廠3 臺(tái)300 MW 機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)（二次風(fēng)）進(jìn)行摻燒。

在每支進(jìn)入鍋爐燃燒系統(tǒng)的煙氣母管上設(shè)置可調(diào)節(jié)型煙氣擋板門，便于炭素?zé)煔膺x擇進(jìn)入鍋爐及調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，經(jīng)摻燒后的炭素?zé)煔庾罱K形成鍋爐煙氣，進(jìn)入各機(jī)組的脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)，經(jīng)凈化處理后滿足現(xiàn)有自備電廠污染物排放要求，通過(guò)機(jī)組主煙囪排放。

煙道采用架空方式布置；跨越鐵路上空時(shí)，凈高≥10 m；跨越天然氣管道時(shí)，凈高≥6 m。

廠區(qū)內(nèi)煙道布置，滿足規(guī)范要求，煙道材質(zhì)采用Q235A。

3 摻燒后各系統(tǒng)改造分析

摻燒煙氣后，污染物排放設(shè)計(jì)排放指標(biāo)：煙塵≤5 mg/m3，SO2≤35 mg/m3，NOx≤50 mg/m3。

3.1 脫硝系統(tǒng)摻燒煙氣排放的改造方案

3.1.1 催化劑的改造

經(jīng)過(guò)對(duì)原有催化劑設(shè)計(jì)參數(shù)的分析，其結(jié)果滿足了本次摻燒煙氣后脫硝改造的要求，但因氮氧化物的總消減量的增加，原催化劑的體積量有可能增加。

3.1.2 吹灰系統(tǒng)的改造

此次脫硝改造不新增催化劑層，原有催化劑層滿足排放要求，因此，現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)的吹灰系統(tǒng)不進(jìn)行改造。

3.1.3 稀釋風(fēng)系統(tǒng)的改造

經(jīng)脫硝摻燒煙氣改造，稀釋風(fēng)用量約為3 300 m3/h，而原稀釋風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量約為3 600 m3/h，風(fēng)壓約為5 000 Pa，因此，原稀釋風(fēng)機(jī)參數(shù)滿足本次改造的要求，不進(jìn)行改造。

3.1.4 還原劑存儲(chǔ)制備及供應(yīng)系統(tǒng)的改造

液氨儲(chǔ)存能力按2×50 m3設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)條件下，滿足3 臺(tái)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行120 h 的消耗量，液氨蒸發(fā)能力按2×300 kg/h 設(shè)計(jì)（考慮了BMCR 工況下120%的容量設(shè)計(jì)）。

本次摻燒煙氣后，單臺(tái)機(jī)組的耗氨量為130 kg/h，3 臺(tái)機(jī)組總耗氨量為390 kg/h，現(xiàn)液氨蒸發(fā)器氨氣蒸發(fā)能力為2×300 kg/h，滿足摻燒煙氣后液氨蒸發(fā)的出力，因此，氨區(qū)不進(jìn)行改造。

3.2 除塵系統(tǒng)摻燒煙氣排放的改造方案

本次改造的單臺(tái)回轉(zhuǎn)窯出口煙塵含量為600.10 mg/m3，煙塵成分為未燃燒完全的炭顆粒，經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)送至鍋爐二次風(fēng)煙道上進(jìn)入鍋爐后，煙塵燃燒完全，產(chǎn)生CO2，電除塵器入口塵基本不增加。

目前，電除塵出口煙塵含量為60 mg/m3，濕式電除塵入口設(shè)計(jì)值為＜30 mg/m3，出口＜5 mg/m3，因此，本次摻燒煙氣排放改造電除塵器滿足技術(shù)要求，不進(jìn)行改造。

3.3 脫硫系統(tǒng)摻燒煙氣排放改造方案

3.3.1 吸收塔的改造

本次摻燒煙氣改造，經(jīng)核算后煙氣量由1 283 333 mg/m3變?yōu)? 327 496 mg/m3，煙氣流速由3.97 m/s 變?yōu)?.81 m/s，吸收塔推薦流速為3.5 ～4.8 m/s。煙氣停留時(shí)間由原來(lái)的3.70 s 縮短至3.06 s，煙氣在塔內(nèi)的推薦停留時(shí)間約為2 ～3 s。

本次摻燒煙氣后，吸收塔的流速和煙氣停留時(shí)間均滿足原設(shè)計(jì)要求，因此，吸收塔不需要改造。

3.3.2 噴淋層和循環(huán)泵改造

原有4 層噴淋層對(duì)應(yīng)4 臺(tái)漿液循環(huán)泵，流量分別為6 695、6 695、5 400、5 400 m3/h，揚(yáng)程分別為17.8、19.6、23.4、25.2 m。經(jīng)核算，摻燒煙氣后漿液循環(huán)量為16 770 m3/h，而原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)漿液循環(huán)量為24 190 m3/h，摻燒后，煙氣需要的循環(huán)量小于原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此，原噴淋層及循環(huán)泵滿足設(shè)計(jì)要求，不需要改造。

經(jīng)核算，氧化空氣系統(tǒng)、石灰石制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等各系統(tǒng)均滿足摻燒后煙氣的凈化要求。

綜上所述，炭素廠煙氣摻燒進(jìn)入自備電廠后，脫硫、脫硝、除塵系統(tǒng)無(wú)需新增設(shè)備，即可滿足炭素?zé)煔夂妥詡潆姀S煙氣協(xié)同處置，且滿足煙氣的排放要求。

4 阻力核算

整個(gè)脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)進(jìn)行摻燒煙氣后，脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)均未改動(dòng)，因此，系統(tǒng)的阻力基本與原系統(tǒng)設(shè)計(jì)一致。

摻燒煙氣改造后，各系統(tǒng)整體阻力仍在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)壓頭可滿足改造后系統(tǒng)的阻力要求，不需要改造。

5 結(jié) 語(yǔ)

自備電廠摻燒煙氣方案在原自備電廠的脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，技術(shù)成熟，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，適用各種工況的變化，污染物的脫除率高，且本次改造沒(méi)有對(duì)原自備電廠的脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)新增設(shè)備，全部利用原自備電廠系統(tǒng)的設(shè)備處理。

綜上所述，同時(shí)考慮初投資、能耗、維護(hù)費(fèi)用、改造技術(shù)的可靠性、改造周期的長(zhǎng)短、改造措施經(jīng)濟(jì)、合理、有效以及設(shè)備檢修維護(hù)方便性等各方面因素，本企業(yè)炭素?zé)煔鈸綗詡潆姛煔鈨艋脑旆桨笧樽顑?yōu)工藝。