一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵改造方案

王紅莉

（嘉峪關市供熱公司，甘肅 蘭州 730000）

一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵改造方案

王紅莉

（嘉峪關市供熱公司，甘肅 蘭州 730000）

燃煤鍋爐是影響我國城市大氣污染最主要污染源，控制燃煤鍋爐煙塵和二氧化硫污染排放對改善我國城市大氣環境質量具有極其重要的意義。隨著環保污染排放標準的逐步提高，我市城市南區一臺58兆瓦燃煤鍋爐運行煙塵和二氧化硫排放不能滿足新標準要求，現結合實際情況提出改造方案。

燃煤鍋爐；脫硫除塵；改造方案

隨著蘭州市城市南區的開發建設，2011年本市投資建設了城市南區集中供熱熱源廠建設項目，該項目當年建設當年投入使用，項目的建設均符合環保等相關要求。近年來，隨著環保污染排放標準的不斷提高，城市南區熱源廠的污染排放已不能滿足要求，因此，現結合實際情況，對熱源廠的環保設施提出改造方案。

1 基本情況

城市南區熱源廠于2011年安裝了一臺58兆瓦燃煤高溫熱水鍋爐及配套設施，當年建成投用。58兆瓦燃煤鍋爐的環保脫硫除塵設施采用了先進的花崗巖旋流板式脫硫除塵一體化技術，鍋爐燃燒形成的灰渣經水沖沉淀后加以綜合利用，廢水澄清后循環利用（沖渣和除塵脫硫用）。項目建成后經環保竣工驗收監測，各項指標均符合GB13271-2001Ⅱ時段二類區標準限值要求（顆粒物200mg/Nm3，二氧化硫900mg/Nm3）。

2015年采暖期，隨著鍋爐大氣污染物排放標準的提高，熱源廠58兆瓦燃煤鍋爐運行期間通過在除塵水中添加石灰漿液的方式以減輕二氧化硫的排放，根據鍋爐運行煙氣在線監測數據，顆粒物、二氧化硫和氮氧化物實際排放濃度分別達到607mg/Nm3、692mg/Nm3和239mg/Nm3，顆粒物和二氧化硫的排放濃度超過2014年修訂的 《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2014中顆粒物80mg/Nm3、二氧化硫400mg/Nm3的排放濃度限值。熱源廠58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵設施不能滿足新的排放標準。因此，需對熱源廠一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵設施進行改造。

2 污染排放超標的原因分析

經過現場勘查和對熱源廠58兆瓦燃煤鍋爐運行情況的了解分析，造成煙塵和二氧化硫排放超標的原因如下：

1）按照原設計，花崗巖旋流板式脫硫除塵器同時具備除塵和脫硫的效果，并且也能滿足2015年之前的排放標準。在2015年10月1日新標準實行后，由于脫硫除塵設施簡單，脫硫除塵效果無法滿足新的排放標準。

2）除塵器使用至今整體結構較為完整，但是內部的噴淋層、噴嘴、管路結垢嚴重且未更換，不能夠使進塔的漿液形成霧化，從而嚴重影響了設備的除塵和脫硫的效果。

3）系統管路堵塞嚴重，給運營工作帶來較大的工作量，分析原因如下：（1）在使用的過程中不能夠有效的掌握石灰粉的投入量,石灰投入量過大時，在酸堿中和反應過程中生成大量的硫酸鈣和二水硫酸鈣，密度過大時極易結垢造成堵塞；（2）沉灰池沉淀不完全。當除塵器除下的灰塵隨著沖洗水進入沉淀池后混合反應產生的硫酸鈣和二水硫酸鈣造成堵塞；（3）在系統維護的時候沒有對噴嘴、噴淋管路等易損零部件及時更換。

4）沉灰池沒有配備氧化系統，在酸堿中和反應后的亞硫酸鈣又被還原為氫氧化鈣和二氧化硫，導致脫硫效果不明顯，石灰粉投入量過大，增加了運行成本。

5）煙氣在線監測數據顯示，各項排放指標處在

比較高的標準，實測數據通過煙氣含氧量的折算后數據將更高，而含氧量過高往往是由于鍋爐本體、煙風道、系統設備等處漏風所致。

3 改造方案

由于環保新標準對顆粒物和二氧化硫的排放標準有了大幅度的提高，考慮到以后環保排放標準進一步提高的話，在投資經濟性、科學性的前提下，改造方案應結合實際情況，選擇技術成熟可靠、結構緊湊、布局合理、占地面積小，既要與原有的工藝相結合，又要穩定達標的除塵脫硫工藝。

3.1 除塵改造方案

將現有一體化的脫硫除塵器功能分別設置，新增一臺LCM系列低壓脈沖袋式除塵器，現有的脫硫除塵器改造為脫硫吸收塔。

3.1.1 布袋除塵器技術特性說明

LCM系列低壓脈沖袋式除塵器處理風量大、過濾風速低、清灰效果好、除塵效率可達98%以上、運行可靠、維護方便、占地面積小，是一種單元組合式的除塵設備。通過計算，采取進口PPS濾布的布袋除塵器顆粒物排放濃度將小于50mg/Nm3，除塵后的灰塵為干灰，干灰可以通過人工或者氣力輸灰的形式進行回收，不會再進入到沉灰池。

3.1.2 工作原理

LCM型系列低壓脈沖袋式除塵器的氣體凈化方式為外濾式，含塵氣體由導流管進入各單元灰斗，在灰斗導流系統的引導下，大顆粒粉塵分離后直接落入灰斗，其余粉塵隨氣流進入中箱體過濾區，吸附在濾袋外表面。過濾后的潔凈氣體透過濾袋經上箱體、離線閥、排風管排出。

濾袋采用壓縮空氣進行噴吹清灰，清灰機構由氣包、噴吹管和電磁脈沖控制閥等組成。過濾室內每排濾袋出口頂部裝配有一根噴吹短管，噴吹口正對濾袋中心，每根噴吹管上設有一個脈沖閥與壓縮空氣氣包相通。清灰時，電磁閥打開脈沖閥，壓縮空氣經噴口噴向濾袋，與其引射的周圍氣體一起射入濾袋內部，引發濾袋全面抖動并形成由里向外的反吹氣流作用，清除附著在濾袋外表面的粉塵，達到清灰的目的。落入灰斗中的粉塵經由卻灰閥排出后，利用輸灰設施集中送出。

3.1.3 工藝要點

1）具有在線和離線兩個狀態清灰功能以及離線檢修功能。

2）布置方式、灰斗下法蘭離地高度和除塵器外形尺寸可根據現場情況進行調整。

3）為保證排放達標，濾袋材質使用進口PPS+PTFE浸漬，這種材質的耐溫性在150～200℃之間。

4）采用下進風、外濾式過濾方式，濾袋利用彈簧漲圈與花板聯接，形成干凈空氣與含塵氣體的分隔，濾袋由袋籠支撐。

5）清灰時PLC控制電磁脈沖閥，通過噴吹管噴出壓縮空氣，使濾袋徑向變形抖落灰塵。

6）除塵器頂部設檢修門，用于檢修和換袋（除塵器的維護、檢修、換袋工作只需在凈氣室操作，不必進入過濾室）。在凈氣室設有差壓儀組成的濾袋檢漏裝置，以便在濾袋損壞時及時報警。

7）除塵器設有保溫層、頂部防雨棚，防止結露現象的發生和保護除塵器頂部裝置。

8）除塵器設置煙氣溫度在線檢測裝置：當煙氣溫度過高或過低，自動打開旁路系統閥門排放煙氣保護濾袋。

9）配置進風分配系統，有效地使進入除塵器的含塵氣體均勻地分布到每個濾袋，防止了濾袋間的碰撞和磨擦，有利于延長濾袋的使用壽命。

10）進風口配置進風口手動調節閥，出風口配置提升閥，它們的關閉能保證除塵器單個倉室的完全離線。

11）控制系統采用PLC可編程控制器。整個系統采用PLC進行自動控制，設置差壓及定時清灰控制方式并設有壓力、溫度、濾袋檢漏等檢測報警功能。

3.1.4 系統設備

LCM型系列低壓脈沖袋式除塵器主要設備有結構框架及箱體、灰斗；濾袋、籠骨和花板；檢修平臺、欄桿及爬梯；壓縮空氣系統和控制系統等。

3.2 脫硫改造方案

3.2.1 脫硫工藝

脫硫工藝有干法、半干法、濕法等。其中濕法因具有脫硫效率高、脫硫劑利用率高、運行可靠、適應性強等特點，據統計濕式煙氣脫硫工藝市場占有率在85%以上，主要以石灰石膏法、氧化鎂法、雙堿法、氨法等為主，其中由于石灰石膏法、氧化鎂法脫硫效

率高運行費用相對較低而應用較多。

在脫硫工藝的選擇上，由于石灰石膏法脫硫技術成熟，脫硫效率高，很容易達到95%甚至是98%以上，且應用廣泛，石灰資源豐富，本地有生產企業，價格市場價格低，綜合能耗和運行費用相比其他脫硫工藝較小。經過比較，熱源廠選用濕法石灰石膏法脫硫工藝，脫硫劑為石灰石。

石灰石膏法脫硫后副產物為石膏，可以應用于建筑市場，綜合利用價值較高，回收后可降低一定的運行成本。

3.2.2 脫硫原理

經除塵后的煙氣從脫硫塔底部進入脫硫塔，塔的上方安裝若干層旋流板以減緩煙氣流速并使煙氣在塔內均勻分布，同時增加二氧化硫與堿液的反應時間，從上而下噴淋的堿液與從下而上的煙氣逆向接觸，經過充分的吸收反應達到脫除二氧化硫的目的。

脫硫系統主要包括脫硫塔吸收反應、漿液循環系統、氧化系統、自動加藥系統、控制系統等。

3.2.3 脫硫改造方案

結合實際情況，盡量利用熱源廠現有資源，降低改造成本，滿足脫硫環保要求。

1）脫硫塔的改造。現有花崗巖旋流板式脫硫除塵器有兩座主塔一座副塔，塔高18.5m，內徑3.6m，主塔內部有穩流柱和旋流板等裝置。現將兩座主塔改造為二氧化硫吸收反應塔，塔體增高4m，塔內增加兩層旋流板裝置和噴淋裝置，塔頂增設脫水除霧器和自動水沖洗系統。為了減輕系統阻力，對塔體內部進行修復，結合實際情況改變引風機和脫硫塔煙氣入口方向，拆除塔內支撐柱、穩流柱和副塔。

2）循環系統和氧化系統改造。在現有石灰泵房增加漿液循環泵設施，對沉灰池進行改造，增加氧化系統，包括氧化風機和氧化風管。改造后沉灰池變為沉淀池、氧化池、還原加藥池。

3）增加自動加藥系統，配置堿液罐、加藥泵和pH檢測儀，根據pH值調節脫硫劑的加入量。

4）增加PLC系統控制

根據工藝對控制系統的要求，采集與處理現場測量儀表信號，監測工藝運行狀態，通過調節回路控制電氣設備運行工況和連鎖裝置，保證系統的安全運行。

5）引風機改造

現有引風機參數：風量307291～198674m3/h；風壓2142～5073Pa。經過計算，煙氣系統總阻力為6163.24Pa。引風機風壓不能滿足改造需要，因此應通過采取增壓風機、更換引風機或更換風機葉輪等方式來解決。

4 經濟分析

1）利用現有設施，新增布袋除塵器，將脫硫除塵塔改造為脫硫吸收塔，預計費用660萬元，主要包括：布袋除塵器估算220萬元；

氣力輸灰系統180萬元；

脫硫系統改造260萬元，含設備基礎、循環氧化系統、自動加藥系統、控制系統、沉灰池改造等。

2）拆除現有脫硫除塵器，新增布袋除塵器和碳鋼內襯防腐脫硫塔，對沉灰池在進行改造，預計費用785萬元。主要包括：

布袋除塵器估算220萬元；

氣力輸灰系統180萬元；

新建脫硫系統305萬元，含循環氧化系統，自動加藥系統、控制系統等；

沉灰池及其他改造費用80萬元。

5 結論

從技術方面，利用現有設施對熱源廠一臺58兆瓦燃煤鍋爐脫硫除塵器進行改造，可使煙塵降至50 mg/Nm3，二氧化硫降至400mg/Nm3以下，能夠滿足現行《鍋爐大氣污染物排放標準》。從經濟方面，改造比新建脫硫系統節約費用100余萬元。因此，熱源廠一臺58兆瓦燃煤熱水鍋爐脫硫除塵的改造，無論從技術經濟方面還是環境效益方面都是可行的。

參考資料：

[1] 《鍋爐大氣污染物排放標準》[S].（GB13271-2014）.

[2] 《鍋爐房設計規范》[S].（GB50041-2008）.

[3] 《袋式除塵器安裝要求驗收規范》[S].JB/T471-96.

[4] 《花崗巖類濕式煙氣脫硫除塵裝置》[S].HJ/T319－2006.

[5] 國家其它相關標準與規范[S].

TK229.6