某化肥廠3×130t/h鍋爐脫硝、除塵改造方案

賀慧寧,孫 惠,嚴(yán)美霞

(中國空分工程有限公司，浙江 杭州 310051)

某化肥廠動力車間3臺130t/h鍋爐，系中壓、循環(huán)流化床鍋爐，型號：HGG-130/3.82-L.HM。設(shè)計燃用煤種為褐煤，引風(fēng)機(jī)設(shè)計流量310000 m3/h、一次風(fēng)機(jī)設(shè)計流量113685 m3/h、二次風(fēng)機(jī)設(shè)計流量65660 m3/h、返料風(fēng)機(jī)為羅茨風(fēng)機(jī)，排煙溫度為150℃。煙氣采用布袋式除塵器，尾部無脫硝裝置。

改造前，鍋爐運行氮氧化物指標(biāo)為350～380mg/m3，煙氣顆粒物指標(biāo)為80～100mg/m3，根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)[1]，65t/h以上燃煤鍋爐(現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐)氮氧化物及煙氣顆粒物指標(biāo)分別為200mg/m3及30mg/m3，該廠鍋爐氮氧化物及煙氣顆粒物排放指標(biāo)均超出國家標(biāo)準(zhǔn)。為達(dá)到國家排放要求，堅持科學(xué)發(fā)展觀，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，該化肥廠決定在現(xiàn)有3×130t/h鍋爐上裝設(shè)煙氣脫硝裝置，并對原有的布袋除塵器進(jìn)行改造。

1 改造技術(shù)原則

(1)可能按現(xiàn)有場地條件安排煙氣脫硝、除塵工程，使工藝設(shè)施布局合理、安全、操作方便，對各設(shè)施的影響最小。

(2)盡量避免脫硝副產(chǎn)物的二次污染，脫硝工藝應(yīng)盡可能減少噪音對環(huán)境的影響。

(3)盡量節(jié)約能源和水源，降低脫硝、除塵系統(tǒng)的投資和運行費用。

2 脫銷改造

2.1 脫銷工藝選擇

2.1.1 方案一：SCR煙氣脫硝技術(shù)

以NH3作為還原劑，將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。反應(yīng)溫度為200℃～400℃，SCR系統(tǒng)一般布置在省煤器與空預(yù)器之間。

2.1.2 方案二：SNCR煙氣脫硝技術(shù)

用NH3、尿素等還原劑噴入爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，反應(yīng)溫度為850～1100℃，還原劑迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2。

本項目鍋爐后端空間狹窄，布置反應(yīng)器較為困難，施工難度較大，不適合SCR技術(shù)的實施，最終選擇SNCR作為該廠的脫硝工藝技術(shù)，以氨水作為還原劑。

2.2 SNCR工藝系統(tǒng)

SNCR系統(tǒng)主要由氨水配置系統(tǒng)、氨水稀釋供應(yīng)系統(tǒng)、還原劑爐前噴射及霧化風(fēng)系統(tǒng)組成。

2.2.1 氨水配置系統(tǒng)

利用化肥車間原氨水配置系統(tǒng)，配置成20%～25%濃度的氨水。配置系統(tǒng)20%氨水配置能力為3m3/h。

2.2.2 氨水稀釋供應(yīng)系統(tǒng)

氨水配置車間配置經(jīng)輸送泵輸送至爐前稀釋罐，與除鹽水混合稀釋成5%～10%的氨水溶液，再經(jīng)供應(yīng)泵輸送至噴射器前。

2.2.3 爐前噴射及霧化風(fēng)系統(tǒng)

本項目3×130t/h循環(huán)流化床鍋爐，爐膛出口溫度約為800℃，因此還原劑噴射裝置最佳位置是爐膛出口、分離器入口段。

爐前噴射系統(tǒng)設(shè)計為三層，噴槍布置在旋風(fēng)分離器的入口，滿足氨水和NOx發(fā)生反應(yīng)的溫度條件，每個旋風(fēng)分離器入口布置3根噴槍，每臺爐布置6根噴槍。

噴槍上的氨水進(jìn)口和霧化風(fēng)進(jìn)口為快速接頭連接，霧化風(fēng)來自電廠一次風(fēng)機(jī)出口。

2.3 SNCR脫硝效果保證措施

SNCR脫硝核心技術(shù)在于噴槍布置的溫度區(qū)域、噴槍的霧化效果及與煙氣的混合效果。

本項目設(shè)計階段是根據(jù)鍋爐設(shè)計資料和實際情況，建立計算機(jī)數(shù)學(xué)模型，模擬爐內(nèi)燃燒溫度的分布，將整個鍋爐的燃燒溫度場模擬計算出來，與現(xiàn)場實際測量的溫度場進(jìn)行對比分析，找出了最佳的SNCR反應(yīng)溫度區(qū)間。在選擇好合適的溫度區(qū)間后，還需對噴槍的噴射效果及煙氣的混合效果進(jìn)行模擬，保證還原劑與煙氣充分接觸，混合均勻。

3 除塵改造

3.1 除塵器設(shè)計條件

除塵器入口煙氣量： 320000 m3/h；

除塵器入口煙氣溫度：140～150 ℃；

入口煙塵濃度: 20g/Nm3；

出口含塵濃度: <30 mg/Nm3；

本體漏風(fēng)率：<2%；

本體運行阻力：≤1200 Pa。

3.2 改造方案比選

由于受到場地條件限制，布袋除塵器改造方案的關(guān)鍵點在于增加有效的過濾面積，共有三個方案。

3.2.1 方案一

調(diào)整單一濾室單元，濾袋分布，增加水平面濾袋密度。在不增高殼體的基礎(chǔ)上，不加長柱距，不加寬跨距，對原單一濾室單元X方向5000mm、Y方向3200mm矩形范圍內(nèi)(共12個單元)，進(jìn)行重新布置，在原柱距范圍內(nèi)重新布置布袋除塵器的花板。

3.2.2 方案二

增加濾室單元的整體高度，增加單個袋籠的長度。將原除塵器袋室加高，進(jìn)而更換花板、噴吹管、濾袋、袋籠等部件，袋室Y方向的高度增加，是為了更換更長的濾袋，同樣也可達(dá)到增加過濾面積的效果，滿足煙塵最終達(dá)標(biāo)排放。

3.2.3 方案三

利用電袋復(fù)合除塵器來保證煙塵達(dá)標(biāo)排放。由于布袋受溫度、濕度影響較大，考慮系統(tǒng)和可靠性原因不考慮采用布袋除塵器方案。

本項目考慮方案一與方案二，對濾室單元做重新布置，兩種改造方案技術(shù)及性能對比見表1，兩種改造方案費用比較見表2。

表1 不同改造方案技術(shù)及性能對比表

表2 不同改造方案費用

從電除塵器運行安全可靠性上看，兩種方案均可滿足達(dá)標(biāo)排放，方案一不改變整體袋室高度，僅增加單一濾室濾袋的水平布置密度，即做到了有效增加過濾面積，又最小范圍減少了對本體的改動，比方案二將原除塵器袋室整體加高方案運行安全可靠性高些。

從工程造價上比較，方案一不改變整體袋室高度，僅增加單一濾室濾袋的水平布置密度方案靜態(tài)改造費用比方案二將原除塵器袋室整體加高方案節(jié)省約51.36萬元。

從改造工期看，方案一單臺爐改造23天比方案二單臺43天施工周期短約19天。

從施工難易度上看，方案一比方案二工程改動量較小，施工難度降低。

綜上所述，從技術(shù)成熟度、工程造價、改造周期、運行可靠性、施工難度難易角度看，采用方案一，此方案做到了有效增加過濾面積，又最小范圍減少了對本體的改動。

4 環(huán)境社會效益

4.1 NOx排放控制

3×130t/h鍋爐初始NOx排放濃度按380mg/m3，機(jī)組脫硝年利用時間為8000h，按照脫硝效率60%計算，SNCR脫硝改造后，則3臺鍋爐年減排NOx總量約777噸，這對改善當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境質(zhì)量有著重要作用。

4.2 粉塵排放控制

粉塵排放量從50mg/m3降至30 mg/m3，粉塵排放降低幅度達(dá)40%，3臺鍋爐年減少粉塵排放量約68噸。

4.3 社會效益

除了酸雨的形成外，鍋爐排放的氮氧化物還會與碳?xì)浠衔锇l(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生致癌物質(zhì)，對人體產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本工程實施后，該化肥廠的NOx排放濃度大幅降低，能滿足“大氣污染物排放的火電廠”(GB13223-2011)。通過脫硝、降塵工程的實施，NOx年減排量可達(dá)約777噸，粉塵年減排量約68噸，將有助于改善當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境，具有良好的宏觀社會效益。