石灰石雙效脫硫除塵技術在中小型燃煤鍋爐的應用研究

吳磊

摘 要：該文簡要介紹了目前國內中小型燃煤鍋爐的現狀與所面臨的問題，討論了國內中小型燃煤鍋爐煙氣處理工藝現狀，以及脫硫除塵技術的研究進展。通過實地考察，結合石灰石雙效脫硫除塵一體化技術優勢，重點探討了其在中小型燃煤鍋爐的應用前景。

關鍵詞：石灰石 脫硫除塵技術 煙氣

中圖分類號：X701.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（c）-0003-02

煤炭是我國的主要能源，根據BP公司發布的2012年世界能源統計[1]，2011年全球能源消費總量增長2.5%，其中增幅的71%來自中國，且中國煤炭消費總量同比增長9.7%，占全球煤炭消費總量的49.5%，使得中國成為最大的能源消費國和煤炭消費國。以煤為主的能源生產和消費結構在我國未來相當長時期內難以改變，同時，隨著國民經濟的持續發展，煤炭生產和利用引發的環境、碳排放等問題也將會日益突出。

1 中小型燃煤鍋爐現狀與面臨的問題

目前全國共有16萬座以上燃煤工業窯爐，主要集中在建材、冶金、化工及陶瓷等行業，年耗煤量即達到3億噸。工業燃煤窯爐平均熱效率僅40%左右，比國外先進水平低10%～30%。主要用于水泥、磚瓦、石灰等生產，普遍存在規模小、裝備陳舊、技術落后、運行管理粗放、污染環境等情況。

近年來，國內一些城市和地區采取了熱電聯供、鍋爐大型化或集中供熱、清潔燃料（天然氣、液化石油氣等）替代等措施，一定程度上緩解了燃煤污染。整體而言，我國的工業鍋爐呈現容量小、效率低、排放高的特點。燃煤工業鍋爐以層燃式鏈條爐為主，占90%以上，其次為層燃式往復爐，以及流化床、拋煤機爐和煤粉爐。

2 中小型燃煤鍋爐煙氣處理工藝現狀、脫硫除塵工藝的研究進展

我國中小型工業鍋爐和生活鍋爐量大面廣，且主要分布于人口相對集中的大中城市，其污染物多屬低空排放，難以及時擴散，對人們的身體健康和環境危害更為直接。

中小型工業鍋爐排放的灰塵和二氧化硫總量較大，但控制其排放造成污染的措施有限，由于資金、場地等條件受限，脫硫形式主要有：濕式旋風除塵脫硫技術、濕式沖旋式除塵脫硫技術、水幕麻石除塵脫硫裝置等，其共同特點是結構簡單，價格低，操作維護方便，但存在脫硫效率低，煙塵排放濃度高等缺點。隨著我國大氣排放標準的提高，以上幾種方法，已經無法滿足環保要求。對中小型鍋爐煙氣排放的控制還不能同大型電站那樣投入大量的資金，而且就中小型鍋爐而言，不能忽略實際，完全照搬大型電站煙氣除塵脫硫的方法和技術，必需立足國內現實情況，緊密結合國情，結合目前企業經濟承受能力和管理技術水平以及國家的排放標準要求，研制和開發投資省、運行費用低、便于管理、技術可靠、凈化度高、具有真正實用價值和推廣前景的除塵脫硫一體化設備。這對緩解我國空氣污染狀況，促進國民經濟持續發展具有重大的意義。

3 石灰石脫硫除塵一體化技術

該技術采用廉價的石灰石原料，將其破碎到10 mm以下與燃煤同步送入爐排煤層。高溫火焰將石灰石分解形成氧化鈣，氧化鈣與爐內的二氧化硫進行第一次反應（脫硫效率達到20%左右）。混有石灰的煤渣排出爐底，被沖渣水帶入渣池。石灰融入沖渣水，生成堿性的氫氧化鈣溶液。渣池內的沖渣水沉淀后將澄清的堿性水用泵打入脫硫除塵洗滌塔，煙氣在塔中被噴淋堿水洗滌脫硫除塵，形成第二次濕法脫硫過程（脫硫效率高于98%）。石灰石雙效脫硫技術主要有以下技術優勢：（1）減少燃煤煙氣粉塵和二氧化硫排放量；（2）對比其他除塵脫硫技術更加節電，節水，且無排放污水；（3）操作難度低，勞動量小；（4）運行穩定，維修工作量小；（5）在煙氣同等排放標準下，投資更省，運行費用更低。

4 技術應用分析

為探討此技術應用的可行性，筆者綜合考察了山東省某市幾所中小型燃煤循環流化床電廠鍋爐，通過與現場技術人員探討，結合現場條件以及當地環保技術要求，進一步論證了該技術在中小型電廠應用的可行性。

甲電廠鍋爐為2臺75 t/h，一臺40 t/h鍋爐，采用3臺抽汽式機組，機組功率為6 MW。脫硫工藝采取爐內直接噴鈣粉，將石灰石粉末直接通過專門管道噴入鍋爐內部。鍋爐燃燒煤泥為主，煤含硫0.5%以下，爐內脫硫鈣硫比在4以上。目前，當地煙氣排放標準分別為二氧化硫：200 mg/m3，氮氧化物200 mg/m3，煙塵30 mg/m3。現場考察發現甲電廠只有二氧化硫排放達到標準，氮氧化物和煙塵超標較為嚴重，與有關技術人員了解后發現，其循環流化床床溫較高，實際運行時，床溫達1 100℃。目前電廠目前運行環保壓力較大，由于脫硫工藝簡單，電廠為達到環保要求，正逐漸加大脫硫鈣硫比，進一步增加成本，但除塵效果仍不能滿足當地環保要求。電廠廠區布置合理，留有一定的建筑空間，可為石灰石雙效脫硫除塵技術中澄清池等相關設施布置提供空間，且與現場工作人員交流了解到，電廠引風機壓頭與該技術要求契合，可直接采用該技術，減少改造費用，達到環保要求，進一步緩解電廠環保壓力、節省投資且便于操作。

乙電廠鍋爐為3臺40 t/h鍋爐，采用3臺抽汽式機組，機組功率為6 MW。鍋爐燃燒煤矸石為主，混燒煤泥。脫硫工藝同樣采取爐內直接噴鈣粉，將石灰石粉末直接通過專門管道噴入鍋爐內部。煤含硫0.5%以下，灰含量30%～50%，爐溫控制在900℃左右，爐內脫硫鈣硫比在4以上。其煙氣排放中氮氧化物和煙塵均超標較為嚴重，目前廠內正改建電袋除塵器，以期達到環保標準，考察發現雖然乙電廠廠區布置較為緊湊，但是仍有可利用空間，與現場工作人員交流了解，其現場可進一步提供布置澄清池的場所及相關設施，且引風機壓頭與該技術要求契合，如能采用該工藝，可有效解決企業目前所面臨的問題，在投資收益方面也更具優勢。

丙電廠為2臺75 t/h鍋爐，1臺35 t/h鍋爐，采用3臺抽汽式機組，兩臺機組功率為6 MW，一臺為12 MW，是國內鍋爐第一個燃燒煤泥為主的發電項目。電廠目前脫硫工藝采用氨法脫硫，脫硫效果較好，但是存在較為嚴重的液氨逃逸，且由于設備容易磨損、腐蝕，檢修不方便，運行維護成本較高，每年的維護費用占據電廠很大的一部分投資。雖然氨法脫硫可以達到預期的效果，但是對于中小型電廠而言，投資回報效果不理想。

考察發現，三個電廠分別通過直接噴鈣粉、氨法脫硫等工藝保證其煙氣硫排放達到地方標準，但是煙塵、以及氮氧化物的排放效果都不盡如人意，而且如果要進一步降低煙氣硫排放，勢必要以提高鈣硫比、增加投資為代價，對于中小型燃煤鍋爐而言增加投資負擔，其技術工藝有進一步改進的空間。采用石灰石雙效脫硫除塵一體化工藝，在節能降耗，節省投資方面有一定的優勢，而且塵、硫混除，煙塵排放達到30 mg/m3以內；SO2排放50 mg/m3以內，對于中小型電廠而言，是一種更為經濟合理的方法。另一方面，該脫硫工藝要求煤渣隨沖渣水送入渣池，最后產物為濕灰，對于多數企業而言灰渣這一資源無法繼續利用，因此可以采用部分灰渣入池的方案，在不影響脫硫效果的前提下，保證企業的綜合效益。該技術對于電廠要求不高，特別是對于場地有限的中小型電廠，只需提供澄清池布置空間，技術改造相對比較簡易。

5 結語

中小型燃煤鍋爐除塵脫硫設備的研究與開發不能脫離我國國情，要緊密結合目前企業經濟承受能力和管理技術水平以及國家排放標準要求，研究開發價格便宜、管理簡單、運行費低、除塵效率高、脫硫效率高的除塵脫硫設備。通過考察分析論證，石灰石雙效脫硫除塵一體化工藝在技術上可以應用于中小型循環流化床鍋爐，由于其潔凈度高，操作難度小，投資成本省的優點，結合各地方煙氣處理情況，可以在中小型燃煤鍋爐推廣實施。

參考文獻

[1] 趙欽新，王善武.我國工業鍋爐未來發展分析[J].工業鍋爐，2007（1）：6-14.

[2] 張翠清，杜銘華，郭治，愈珠峰.工業鍋爐及窯爐節能減排技術途徑與關鍵問題分析[J].中國能源，2008，30（2）：17-20.

[3] 機械工業聯合會.中國機械工業年鑒2002[M].北京：機械工業出版社，2002.