關(guān)于熱電裝置鍋爐超低排放設(shè)計(jì)方案比較

蔡永興

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046299)

引 言

原系統(tǒng)配置：鍋爐內(nèi)燃料燃燒時(shí)，煤質(zhì)中約90%的S被氧化為SO2進(jìn)入煙氣。熱電裝置設(shè)置氨法煙氣脫硫裝置，可把煙氣中SO2濃度降低到100 mg/Nm3以下；鍋爐尾部設(shè)計(jì)選用布袋除塵器，處理后煙氣中的煙塵排放濃度將嚴(yán)格控制在30 mg/Nm3以下；采用“低氮燃燒+SCR法煙氣脫硝”工藝路線，排放的煙氣中NOx濃度小于100 mg/Nm3。熱電裝置鍋爐煙氣流程為：鍋爐爐膛出口→省煤器→SCR煙氣脫硝裝置→回轉(zhuǎn)式空預(yù)器→布袋除塵器→引風(fēng)機(jī)→氨法煙氣脫硫裝置→煙囪。

1 脫銷改造

鍋爐本體設(shè)有低氮燃燒器及分級(jí)送風(fēng)等降氮措施，處理后煙氣中NOx質(zhì)量濃度<400 mg/Nm3，原設(shè)計(jì)中SCR脫銷效率>80%，達(dá)到最終煙氣出口NOx濃度<100 mg/Nm3。為達(dá)到超低排放要求，SCR的脫銷效率須提升至大于87.5%。目前，脫硝反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了3層催化劑(2+1)，可以通過直接投運(yùn)備用層，增加更換催化劑頻率的辦法，達(dá)到提高脫硝效率的目的。

2 超聲波脫硫除塵一體化超低排放技術(shù)方案

脫硫塔內(nèi)通過塔內(nèi)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但完成脫硫功能，同時(shí)完成對(duì)煙氣中顆粒物的控制、洗滌、捕集功能，保證脫硫塔出口煙氣達(dá)到超低排放要求。采用吸收提效技術(shù)降低SO2含量以及顯著減少氣溶膠和游離氨的產(chǎn)生，同時(shí)采用洗滌凝聚、聲波凝并兩種細(xì)微顆粒物粒徑增大技術(shù)，對(duì)載塵煙氣進(jìn)行細(xì)微顆粒物粒徑增大預(yù)處理， 從而大大提升細(xì)微顆粒物的去除效果， 最后采用多級(jí)高效除霧器， 實(shí)現(xiàn)總塵超低排放的要求。

工藝路線分析如下。煙氣脫硫系統(tǒng)配套設(shè)置，由脫硫吸收液分離系統(tǒng)、吸收液液滴洗滌系統(tǒng)、細(xì)微顆粒物凝集與凝并系統(tǒng)、霧滴高效去除系統(tǒng)等組成。在脫硫塔的吸收段，煙氣被吸收液脫除二氧化硫后攜帶有吸收液液滴、煙塵和吸收劑等物質(zhì)，經(jīng)除霧器除霧后再通過液滴洗滌、凝集層，再經(jīng)聲波凝集與凝并、高效除霧后經(jīng)原煙囪排放。循環(huán)水槽所需的補(bǔ)充水由現(xiàn)有工藝水系統(tǒng)提供，洗滌循環(huán)液送脫硫吸收循環(huán)回收利用。改造工藝流程圖，如圖1所示。脫硫吸收段改造提高液氣比是提高脫硫效率的有效手段之一。每套脫硫塔現(xiàn)有3臺(tái)一級(jí)循環(huán)泵，本次改造每套脫硫塔增加1臺(tái)一級(jí)循環(huán)泵。同時(shí)通過優(yōu)化升級(jí)吸收段內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加一層吸收液噴淋層及集液器，改善氣流分布，優(yōu)化噴淋覆蓋。

圖1 超聲波脫硫除塵一體化方案圖

在吸收段上部增加超聲波脫硫除塵一體化超低排放系統(tǒng)，根據(jù)需要增加筒體高度。為每臺(tái)脫硫塔新增1臺(tái)循環(huán)水泵，共增加6臺(tái)循環(huán)水泵，4用2備。新建2臺(tái)循環(huán)水槽，其中1#、2#脫硫塔共用1臺(tái)循環(huán)水槽，3#、4#塔共用一臺(tái)循環(huán)水槽。為每套脫硫塔增加1套超聲波發(fā)生器和其他等配套設(shè)施，共增加4套。

3 噴淋散射脫硫除塵一體化技術(shù)

煙氣脫硫的基本原理是：酸+堿=鹽+水，煙氣中的SO2屬于酸，吸收液屬于堿，因此只要能使煙氣中的SO2與吸收液充分接觸就可產(chǎn)生鹽和水，從而使煙氣中的SO2被脫除。噴淋散射塔在進(jìn)行煙氣脫硫時(shí)采用的是噴淋+鼓泡，第一次脫硫是利用噴淋對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，液氣比采用1 L/m3～6 L/m3，進(jìn)行煙氣初步脫硫(一般保證脫硫率達(dá)到60%～90%左右)，同時(shí)，噴淋對(duì)進(jìn)入噴淋散射塔的煙氣還具有降溫、增濕和對(duì)塔的中倉(cāng)進(jìn)行清洗的多重作用；第二次脫硫是利用鼓泡塔散射器插入吸收液的深度與脫硫率的關(guān)系，進(jìn)行煙氣深度脫硫，由于鼓泡塔在煙氣脫硫時(shí)具有分散相(煙氣中的SO2)對(duì)連續(xù)相(吸收液)的優(yōu)點(diǎn)，使得噴淋散射塔具有更好的節(jié)能特點(diǎn)和更高的脫硫率。

由于鍋爐煙氣經(jīng)除塵器后仍含有20 μm以下的煙塵，特別是噴淋散射塔采用亞硫酸銨進(jìn)行脫硫后，因亞硫酸銨和其他亞鹽遇到熱煙氣后會(huì)造成氣溶膠、鹽霧、逸氨等新的煙氣污染物，因此,噴淋散射塔除了具有深度脫硫的功能外，還具有如下精細(xì)除塵和去除PM2.5等煙氣污染物的功能。

原系統(tǒng)改造過程羅列如下。

1) 工藝系統(tǒng)在原有脫硫塔的本體上，利用二級(jí)循環(huán)泵的現(xiàn)有空間，改造成為噴淋散射塔的均壓倉(cāng)，并在均壓倉(cāng)內(nèi)增設(shè)散射模塊及上升煙道等設(shè)施；拆除原有的3臺(tái)一級(jí)循環(huán)泵，將其改造為噴淋散射塔均壓倉(cāng)的噴淋裝置，2臺(tái)泵利舊(1運(yùn)1備)；在每座脫硫塔的入口煙道底部增加一座吸收液濃縮箱(6.5 m×4 m×3.5 m)，拆除原有的2臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵，并將其噴嘴和管道安裝在吸收液濃縮箱和脫硫塔入口的煙道上，用于對(duì)脫硫塔的進(jìn)入煙氣進(jìn)行降溫、增濕，并對(duì)脫硫塔排出的吸收液進(jìn)行濃縮，2臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵用作濃縮泵(1運(yùn)1備)，如圖2所示。

2) 脫硫塔入口改造后的噴淋設(shè)施，其濃縮后的吸收液流入吸收液濃縮箱內(nèi)，并將現(xiàn)有脫硫塔內(nèi)的氧化噴頭和管道改為吸收液濃縮箱的氧化裝置，將現(xiàn)有的塔內(nèi)氧化改為塔外氧化；將脫硫塔現(xiàn)有的二層除霧器中間加裝一套氣溶膠及逸氨攔截裝置(水膜板)；原有脫硫塔的排出泵及管道需改裝在吸收液濃縮箱上，用于濃縮箱的硫銨溶液送入硫銨處理系統(tǒng)；對(duì)現(xiàn)有脫硫塔的吸收劑輸入、塔內(nèi)的攪拌裝置及管路設(shè)施等進(jìn)行必要的改造，如圖3所示。吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)吸收劑供應(yīng)系統(tǒng)采用原系統(tǒng)，本工程需要對(duì)四座脫硫塔的吸收劑加注點(diǎn)進(jìn)行改造。副產(chǎn)物處理系統(tǒng)四座脫硫塔的副產(chǎn)物全部送入原硫銨處理系統(tǒng)，需要對(duì)原有管道的走向進(jìn)行改造。煙氣系統(tǒng)對(duì)原脫硫塔入口煙道進(jìn)行吸收液流出口(用于吸收系統(tǒng)的煙氣降溫和吸收液的濃縮)的改造；經(jīng)過煙氣系統(tǒng)改造、脫硫塔改造，脫硫裝置煙氣阻力有所增加。根據(jù)技術(shù)商方案資料，改造后系統(tǒng)阻力僅增加300 Pa，而根據(jù)對(duì)此類技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察，在鈣法脫硫裝置上整套脫硫系統(tǒng)阻力達(dá)3 000 Pa，與技術(shù)商提供的數(shù)據(jù)偏差較大。結(jié)合噴淋散射脫硫除塵一體化技術(shù)特點(diǎn)及實(shí)際運(yùn)行情況，為確保改造后引風(fēng)機(jī)能夠滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行需求，采用此改造方案的煙氣系統(tǒng)阻力增量按1 500 Pa考慮，為此鍋爐引風(fēng)機(jī)、電機(jī)、變頻器需整體更換，引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙道同步更換。

圖2 超聲波脫硫除塵一體化超低排放技術(shù)流程圖

圖3 噴淋散射塔結(jié)構(gòu)圖原理圖

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)意見，山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項(xiàng)目熱電裝置采用煙氣超低排放要求。通過初投資、運(yùn)行維護(hù)成本、施工難易程度、技術(shù)先進(jìn)性、運(yùn)行安全與穩(wěn)定等方面綜合考慮，方案氨法脫硫超聲波除塵一體化技術(shù)優(yōu)于方案二噴淋散射塔一體化技術(shù)見表1。

表1 脫硫除塵超低排放技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比