集中供熱脫硫除塵降硝新技術的實踐

前言

我國是產煤大國，燃煤供熱成本是燃氣供熱成本的三分之一。但是，日益嚴重的空氣污染問題困擾著國人。為了解決灰霾，繼北京拆除燃煤供熱鍋爐，“煤改氣”后，2012年煤都烏魯木齊市也宣布“煤改氣”，全國很多大城市都計劃采用燃氣供熱。對于“煤改氣”，中華環保聯合會能源環境專業委員會副會長兼專家組組長王雅珍教授有著自己不同的見解，她深知“煤改氣”有很多不利因素，其最主要和最重要的一點是環保問題。由于燃氣熱值高，燃燒時爐溫大于1000℃，空氣中大于78%的氮氣和21%的氧氣在爐溫大于1000℃時自然產生氮氧化合物（燃煤鍋爐的爐溫一般在850℃～950℃），也就是硝。脫硝比脫硫要難，費用極高，是致癌物之一，對人類健康有著一定的危害。

一、脫硫除塵降硝技術從理論到實踐的跨越

王教授1995～1998年與上海交通大學合作研究半干法脫硫除塵（可降硝50%以上），設備雖好，但不適用于供熱采暖鍋爐。隨著灰霾日益嚴重，王教授從2005年開始研究適用于北方供熱采暖系統的脫硫除塵裝置。至2008年YZ型旋流混合式脫硫除塵塔的構思和設計基本完成，但是找不到實驗單位。因為YZ型旋流混合式脫硫除塵塔脫硫除塵效率高，在室外溫度≥-4℃時基本看不到鍋爐冒煙冒氣，在寒冷天氣冒少量白水汽，不需要建高煙囪。但是，不建高煙囪一般環保局不批準投建，過不了環評。經過幾次碰壁，2013年4月，王雅珍教授各項技術申請成功獲批在齊齊哈爾市成立“齊齊哈爾昱峰供熱有限公司”，她自主研發的五項科技成果將有可能全部應用在齊齊哈爾市，但是，齊齊哈爾環保局不批準建沒有煙囪的鍋爐房，要求建45m以上的煙囪。無奈之下，王教授決定自籌資金在供熱煙塵肆虐的黑龍江省清河林業局建立集中供熱，實現保護碧水藍天的環保理想。

清河林業局原有6座供熱鍋爐房，地暖和掛暖混供，根本無法保證掛暖的供熱質量。王雅珍教授廢棄了全部舊鍋爐，投建了擁有2臺46MW熱水鍋爐的集中供熱熱源廠（供熱面積可覆蓋180萬平方米），投建4000m×2一次管網，改進新增了2300m×2的二次管網，投建7個換熱站，站內將地暖和掛暖分開，擁有5套掛暖水系統和7套地暖水系統。由于掛暖和地暖分家，新增和改造2400m×2的二次管網。

二、以數據說話

經過一個采暖期的運行，王教授研發的五項技術得到成功驗證，并獲得了清河鎮百姓的認可。同時王教授在實際應用過程中發現脫硫除塵塔在耐磨、防酸腐蝕上存在一些問題，必須采用高耐酸腐蝕、耐高溫和高耐沖擊磨擦的特殊材質制作脫硫除塵塔，以及采用高耐酸腐蝕和高耐沖擊磨擦的特殊涂料保護脫硫除塵塔。

1.濕法運行時YZ-65旋流混合式脫硫除塵塔測試結果

王教授設計的脫硫除塵降硝塔設計除塵率≥98%，除塵后煙塵濃度<30mg/L，脫硫率>90%，降硝率>70%。該技術設備通過哈爾濱市通河縣清河林區昱真供熱公司兩臺46MW（相當于65t/h的蒸汽鍋爐）熱水鍋爐2013～2014年采暖年度的實踐檢驗，除塵率≥94.5%，脫硫率≥85.3%，降硝率≥70.4%。黑龍江省環科院檢測中心2014年4月4日測試結果見表1。

測試結果說明：空氣預熱器出口煙溫75℃，煙氣流量150 000m3/H。

（1）由于冬季周邊城鎮石灰窯從10月份停產，購買的脫硫劑生石灰含量<30%，影響脫硫和降硝效果，如果生石灰含量≥80%，則脫硫率≥90%以上。

（2）測試除塵率≥94.5%，此數值遠低于實際除塵率。設計除塵率≥98%，煙塵濃度應該≤30mg/m3。但是，由于工期短，天氣冷，制作的脫水板不硬化，故沒有安裝脫水板，2014年夏季要安裝特制脫水板，由于沒有脫水板，在煙囪測試處煙氣中含有微小水珠，而水珠含塵，故測試值偏高。待安裝好脫水板后煙塵濃度應該≤30mg/m3。在室外-4℃以上溫度時，看不見鍋爐冒煙和冒氣。

2.干法運行時YZ-65旋流混合式脫硫除塵塔測試結果

對黑龍江省環科院檢測中心測試的編號HRAES-14-015檢測報告的分析：HRAES-14-015檢測報告是昱真供熱公司一號鍋爐的YZ型旋流混合式脫硫除塵塔放凈塔內水后，在無水和不投加脫硫劑的情況下測試的除塵、脫硫、脫硝結果，見表2。

如果鍋爐運行采用低硫煤，鍋爐燃燒爐溫<1000℃，在保證鍋爐二氧化硫和氮氧化合物排放合格的前提下，可以采用干法除塵，實踐證明除塵效果很好，在除塵脫硫零運行費用的情況下，除塵率達到91.56%，脫硫率達到20.99%。

實踐證明，在室外溫度為-4℃以上時，采用干法除塵，基本上觀察不到鍋爐冒煙和冒氣，排放達標。

三、講經濟也要講環保指標

目前全國供熱鍋爐房基本采用水膜除塵和雙堿法脫硫，室內或室外設有循環水池，脫硫除塵廢水濃縮到一定程度排放到市政廢水系統，對地下水和地表水形成二次污染，導致人類患高血壓、心臟病、腎結石、膽結石及誘發癌癥。由于冬季水池結冰，水池和脫硫塔的維修量大。

昱真供熱公司2013年購買的是低硫煤，含硫量≤0.2%。昱真公司從2013年10月24日至2014年2月7日采用純自來水做脫硫降硝劑，沒有投加生石灰，脫硫率約在70%，降硝率約在50%，將pH值6.0的酸性脫硫除塵降硝水每隔40分鐘排放到渣槽，與渣槽中pH值≥9的堿性水中和，將渣槽水的pH值控制在7.0左右，防止除渣鏈條發生腐蝕。鍋爐和一次供熱管網每日補水量僅為2～8噸。YZ型旋流混合式脫硫除塵降硝塔內的廢水全部排放到渣槽，鍋爐排污水、除塵器沖灰水、沖地廢水等也全部收集到鍋爐渣槽內，進行再利用。廢水在渣槽中濃縮析出以硫酸鈣、碳酸鈣為主體的固體鹽，固體鹽和爐渣用于燒磚。廢水、污水實現零排放。由于鍋爐排污水中含有殘留YZ型防腐阻垢劑，固體廢物不會在渣槽內結塊。

YZ型旋流混合式脫硫除塵塔具有非常大的環保意義。可應用于供熱采暖的燃煤鏈條爐和往復爐排。可應用于全國蒸發量≤130t/H的蒸汽鍋爐。該設備投資少、操作簡便、運行費用極低（與國內其他脫硫除塵方法相比較而言）、占地少。可以代替燃氣鍋爐，防止發生灰靄。

YZ型旋流混合式脫硫除塵降硝塔的優點具體體現在以下幾方面：

1.設備造價低。煙氣從鍋爐出來進入多管除塵器，除掉大顆粒塵，再進入YZ型旋流混合式脫硫除塵降硝塔，除掉微小灰塵、二氧化硫和氮氧化合物。

2.運行費用全國最低。采用低硫煤時可以不使用脫硫劑和降硝劑，用自來水就能完成脫硫除塵降硝工作，廢水做渣槽補充水，做到真正的零運行費用。當采用高硫煤時，由于渣槽水是堿性水，可以在渣槽內進行酸堿中和，大幅度節約脫硫劑和降硝劑（以生石灰做脫硫劑和降硝劑），大幅度降低運行成本。

3.全國鍋爐房首例廢水零排放，廢水全部利用。

4.做到鍋爐煙囪基本看不見冒煙和冒氣，或僅有少量白水汽。

5.運行操作簡單，是傻瓜型的，適用于供熱企業。

6.煙塵、二氧化硫、氮氧化合物排放合格。

7.設備維護費用低。

備注：上海昱真水處理科技有限公司安裝在黑龍江農墾總局九三農場熱力公司46MW（相當于蒸發量65t/H）熱水鍋爐上的YZ-65旋流混合式脫硫除塵塔通過驗收。

（王雅珍：能源環境專業委員會副會長兼專家組組長、上海昱真水處理科技有限公司董事長、上海王雅珍節能技術有限公司董事長、哈爾濱通河昱真供熱有限公司董事長、北京聯合大學教授）