2×40 t/h燃煤鍋爐煙氣治理提標技術改造

葉田友

(山西焦煤五麟煤焦開發有限責任公司， 山西 呂梁 032202)

山西某焦化企業為年產100萬t焦炭、10萬t甲醇的獨立焦化廠,配套2臺40 t/h燃煤循環流化床鍋爐，主要為焦化、甲醇系統提供中、低壓蒸汽，目前配置的煙氣治理設施為爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫和布袋除塵裝置，污染物排放濃度難以滿足現行環保政策要求。《山西省打贏藍天保衛戰三年行動計劃》要求，2018年10月1日起在用燃煤鍋爐煙氣污染物排放執行《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 13271-2014)表3中大氣污染物特別排放限值，NOx、SO2、顆粒物的排放濃度限值分別為200 mg/Nm3、200 mg/Nm3、30 mg/Nm3. 為此，該焦化企業通過技術分析和調研，采用SNCR-SCR聯合煙氣脫硝技術，并新增高效濕法除塵塔進行煙 。

1 改造工程背景

1.1 鍋爐結構及主要運行參數

該企業2臺燃煤鍋爐均為濟南鍋爐集團有限公司生產的YG-40/4.02-M型蒸汽鍋爐。該爐為燃煤循環流化床中壓鍋爐，采用“Ⅱ”型布置，框架支吊結構。爐膛四周由水冷壁組成，爐頂由前墻水冷壁管向后斜拉而成。汽水系統采用自然循環，爐膛外集中下降管。過熱蒸汽采用兩級加熱、一級噴水降溫方式保證蒸汽參數。

燃燒系統工藝流程為：煤由鋼煤斗(容量200 t)經過給煤機送入爐膛燃燒，在爐膛內經過860～950 ℃高溫燃燒后，大顆粒爐渣通過爐膛下部的放渣管進入冷渣機冷卻到100 ℃后，經輸渣機、提升機運送到渣庫存放。

小顆粒爐渣以及煤燃燒后形成的飛灰，在爐膛負壓的作用下，從爐膛頂部(溫度800～900 ℃)進入旋風分離器做離心運動，大顆粒在旋風分離器底部被分離出來，小顆粒由旋風分離器的中心筒進入煙道，依次經過蒸汽過熱器、省煤器、空預器等余熱回收裝置和布袋除塵器、爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置等煙氣凈化設施處理后，送往高度100 m煙囪排放。鍋爐主要運行參數為：2臺裝機容量為40 t/h的流化床鍋爐, 煙氣量(標態干基9%氧)為100 000 Nm3/h，爐膛燃燒區底部溫度為860～950 ℃，爐膛燃燒區頂部溫度為800～900 ℃，一級省煤器出口煙氣溫度為350～400 ℃.

1.2 提標改造前煙氣治理工藝

2臺燃煤鍋爐為2009年建設，2011年正式運行，配套的環保設施與鍋爐主體同時投入使用。提標改造前煙氣污染物治理采用爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫和布袋除塵工藝，工藝流程見圖1.

圖1 煙氣提標改造前工藝流程示意圖

改造前布袋除塵器出口煙塵濃度85 mg/Nm3，脫硫塔出口煙塵濃度45～60 mg/Nm3、NOx出口濃度400～650 mg/Nm3. NOx、煙塵排放濃度難以滿足特別排放限值要求。煙氣提標改造前配套的環保設施運行參數為：入布袋除塵器煙氣含塵量為50 g/Nm3，出布袋除塵器煙氣含塵量為85 mg/Nm3，布袋除塵器氣布比為0.91 m3/(m2·min)，進脫硫塔SO2濃度為4 000 mg/Nm3，出脫硫塔SO2濃度為100～200 mg/Nm3，脫硫塔鈣硫比為1.02，脫硫塔液氣比為22 L/m3，出脫硫塔煙氣含塵量為45～60 mg/Nm3，出脫硫塔煙氣NOx濃度為400～650 mg/Nm3.

2 煙氣治理提標改造工藝

2.1 SNCR-SCR聯合脫硝工藝

SNCR(選擇性非催化劑還原)脫硝工藝是指在沒有催化劑的條件下，氨水噴入爐膛，在850～1 100 ℃的溫度區域，氨水進行選擇性非催化反應來還原煙氣中的氮氧化物，使其生成氮氣和水，達到降低煙氣中NOx排放濃度的目的。

在850～1 100 ℃條件下，SNCR煙氣脫硝主要化學反應方程式見式(1)，當脫硝還原劑噴入點的溫度過高時，還原劑NH3被氧化為NO，會增加煙氣中NOx含量，具體化學反應方程式見式(2)[1]：

4NH3+4NO+O2→6H2O+4N2

(1)

4NH3+5O2→6H2O+4NO

(2)

SNCR脫硝技術主要優點是無需添加脫硝催化劑，對脫硝改造場地條件要求低，適用于場地條件受限、入口NOx含量低的脫硝工程。缺點是窗口溫度難以控制，氨逃逸率高，脫硝效率低，大機組效率為25%～50%，小機組效率可達70%～80%.

SCR(選擇性催化劑還原)脫硝工藝是指煙氣在催化劑存在條件下向溫度280～420 ℃區域的尾部煙道內加入氨水，氨水與煙氣中的NOx反應，生成無害的氮氣和水，降低煙氣中NOx含量。主要化學反應方程式見式(3)、(4)[2]：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

(3)

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

(4)

在無催化劑存在的情況下，氨與氮氧化物的反應只能在1 000 ℃左右進行，而SCR技術利用催化劑的催化作用可以降低反應活化能，使反應可在300～400 ℃下進行。SCR脫硝技術主要優點是脫硝效率較高，可達60%～90%.缺點是必須有催化劑，且要求具有300～400 ℃較佳的反應溫度窗口。

鑒于以上原因，結合鍋爐結構和運行參數，設計在爐膛燃燒區上部溫度800～900 ℃的區域加裝SNCR(選擇性非催化劑還原)脫硝系統，在一級省煤器出口溫度350～400 ℃的區域加裝SCR(選擇性催化劑還原)脫硝系統，通過兩級脫硝工藝來降低NOx濃度，減少排放量，SNCR-SCR聯合脫硝工藝見圖2.

圖2 SNCR-SCR聯合脫硝工藝流程示意圖

聯合脫硝工藝是將SNCR的還原劑噴入爐膛技術與SCR工藝相結合，利用SNCR逃逸的氨作為SCR的還原劑，隨煙氣一起進入后端SCR裝置，進一步進行催化反應脫除NOx，充分發揮了SNCR工藝投資少、SCR工藝脫硝效率高的優點。

聯合工藝的另一優點是通過SNCR系統初步脫硝，降低了SCR裝置入口NOx濃度，減少了催化劑用量和反應器容積，降低了SCR系統的成本。

2.2 高效濕法除塵工藝

當前，鍋爐布袋除塵器出口含塵量70～85 mg/Nm3的煙氣，經過脫硫塔洗滌后煙塵濃度降至45～60 mg/Nm3，仍無法滿足特別排放限值要求，為此設計采用二爐一塔的配置方式在脫硫塔后新增高效濕法除塵塔。煙氣高效濕法除塵工藝示意圖見圖3.煙氣由除塵塔的下部進入，煙氣由下向上流動，洗滌液(水)借助噴淋泵經噴淋管道進入除塵塔的上部，洗滌液通過噴嘴形成小液滴，并借助重力作用落到洗塵塔內，在此過程中煙氣中的粉塵和洗滌液充分接觸匯集、凝聚，達到凈化煙氣的作用。除塵塔噴淋層上方安裝有雙層折流板除霧器，用于去除煙氣中的水分，除霧器的上方安裝不銹鋼316L絲網組成的超級除霧器，用來攔截霧滴和粉塵，降低煙氣的含塵量。

圖3 煙氣高效濕法除塵工藝示意圖

2.3 煙氣治理提標改造前后工藝對比

燃煤鍋爐煙氣治理提標改造后新增1套SNCR-SCR聯合煙氣脫硝裝置、1臺高效濕法除塵塔來滿足煙氣的達標排放要求，提標改造后的工藝流程見圖4，提標改造前后的環保設施對比見表1.

圖4 煙氣提標改造后工藝流程示意圖

表1 煙氣治理提標改造前后工藝對比表

3 煙氣治理提標改造后運行效果分析

2×40 t/h燃煤鍋爐煙氣治理提標技術改造項目已投入使用，鍋爐燃燒系統運行良好，對鍋爐蒸汽負荷無影響。2018年9月10日—11日山西某專業檢測機構對提標改造后的環保設施進行了特別排放限值驗收監測，具體數據見表2，3.

表2 監測期間生產工況表

由表3可知，蒸汽負荷在正常范圍內調整時，煙氣中NOx經過SNCR-SCR兩級脫硝工藝處理，工藝出口NOx濃度≤50 mg/Nm3，煙氣中SO2經過爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝處理，工藝出口SO2濃度≤150 mg/Nm3，煙氣中顆粒物經過布袋+濕法除塵兩級除塵工藝處理，工藝出口顆粒物濃度≤25 mg/Nm3，煙氣污染物含量滿足大氣特別排放要求。

表3 鍋爐煙氣監測結果表

4 結 語

通過一年的實際運行分析，采用SNCR-SCR聯合脫硝、布袋+濕法除塵兩級除塵工藝對燃煤鍋爐煙氣治理提標技術改造，配合原有的爐外石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，可以確保2×40 t/h燃煤鍋爐煙氣污染物含量低于《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 13271-2014)中規定的大氣污染物特別排放標準。