煙氣多污染物超低排放協同治理技術研究

林歡

（永清環保股份有限公司，長沙 410330）

引言

我國燃煤電廠的煙氣治理，雖已具備高效脫硝、脫硫、除塵技術及設備，但普遍采用的治理模式只是針對單項污染物。單一治理模式未充分考慮各污染物控制技術間的協同能力，較難達到超低排放的要求，并會提高設備的投資和運行費用，增加治污設備的占地面積，存在高能耗、副產物二次污染等問題。美國、德國、日本等國超低排放協同治理的經驗表明，協同治理技術高效、經濟。結合我國燃煤電廠煙氣多污染物的特點，超低排放協同治理技術研究具有重要意義。

1 各設備間的相互影響

1.1 脫硝系統對其他設備的影響

通過降低氧氣含量和火焰溫度達到減少NOx產生的低氮燃燒，不完全燃燒會增加飛灰含碳量，造成設備磨損、燒壞、積灰等問題[1]。采用SCR脫硝，飛灰會使催化劑因磨損、堵塞、失活而失效。煙氣經過催化劑，SO3濃度會增加，產生的黏性沉積物銨鹽會造成除塵器的堵塞和腐蝕。脫硝系統氨逃逸或噴氨系統噴氨不均造成的局部氨逃逸，都會增加粉塵中的無機氨含量，造成除塵器極板、極線、濾袋處板結。

1.2 除塵系統對其他設備的影響

濕法脫硫對入口粉塵濃度要求較高。除塵器出口煙氣的粉塵含量直接影響脫硫塔的脫硫效率[2]。當除塵器出口粉塵濃度過高時，粉塵會影響氣液兩相的接觸面，增大傳質阻力，影響脫硫效率。粉塵中的酸不溶物也會影響石膏的色度、純度、重金屬含量。煙氣中的粉塵過量，也會對脫硫設備如吸收塔、增壓風機、攪拌器、除霧器等造成磨損，影響設備的使用壽命。

1.3 脫硫系統對其他設備的影響

脫硫系統如煙氣流速過高，少數漿液會被帶入除霧器和GGH，造成結垢和堵塞。不設GGH，完成脫硫后的吸收塔出口煙氣溫度較低，會產生冷凝酸。冷凝酸會腐蝕脫硫系統出口后的尾部煙道和煙囪。脫硫后的煙氣中的SO3和漿液滴會形成“石膏雨”，造成環境污染。

2 國外超低排放協同治理技術

國外的煙氣多污染物協同治理技術較成熟。日本、美國、德國的脫硝、脫硫、除塵超低排放協同治理技術路線主要如下。

2.1 日本煙氣污染物協同治理技術路線

2.2 美國煙氣污染物協同治理技術路線

2.3 德國煙氣污染物協同治理技術路線

借鑒國外的技術經驗，需結合我國燃煤電廠的工程特點，制定適合國內的燃煤電廠煙氣多污染物超低排放協同治理技術。

3 工程應用

3.1 工程概況

某公司1×130t/h+2×150t/hCFB鍋爐煙氣超低排放改造項目，采用SNCR脫硝系統，原SNCR脫硝裝置制備及輸送為公用系統；除塵系統為電袋復合除塵器，三電一袋；脫硫系統采用爐內噴鈣干法脫硫。根據《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》[3]，該鍋爐煙氣出口參數無法適應新的環保要求，需進行超低排放改造。改造后煙氣污染物排放濃度需達到超低排放標準。煙氣主要參數見下表。

煙氣脫硫入口煙氣參數表

3.2 超低排放協同治理技術路線

根據煙氣參數可知，改造脫硝效率為75%、脫硫效率為98.3%、除塵效率為90%。工程改造場地有限，原SNCR脫硝系統后增加SCR脫硝系統。新建石灰石-石膏脫硫系統+濕式電除塵器一體塔，一爐一塔設置。改造后煙氣多污染物超低排放協同治理技術路線為：

3.3 技術分析

3.3.1 SNCR+SCR組合脫硝系統

選擇性非催化還原工藝（SNCR）在溫度750℃～900℃區間，可直接通過爐內噴注還原劑，將NOx還原成N2。SNCR脫硝設備簡單，投資少，但效率較低，脫硝效率在30%～50%。增加藥劑的噴入量，可提高NOx的去除效率。但氨過量，氨逃逸會造成二次污染。選擇性催化還原工藝（SCR）是指在催化劑的作用下，通過噴注氨或尿素等還原劑，選擇性地將NOx還原成N2。SCR的脫硝效率較高，可到80%～90%。在SNCR脫硝后，增加SCR脫硝系統，煙氣通過時與催化劑充分接觸，進一步提高脫硝效率，也可使氨逃逸降到最低。

該項目采用“SNCR+SCR”煙氣脫硝系統，采用尿素作為還原劑。前段為原有SNCR脫硝工藝系統，以爐膛為脫硝反應器；后段為該工程新增的SCR工藝，SCR反應器布置在省煤器之間，煙氣自高溫省煤器出口引出，經SCR脫硝后返回低溫省煤器。SCR反應器布置在爐后10～30m標高空間，自地面立獨立鋼架支撐，保證無水平力傳遞給鍋爐鋼架。SCR脫硝采用尿素作為還原劑，選擇蜂窩式催化劑，催化劑采用1+1層的布置模式。為使煙氣流經反應器時分布均勻，利用計算機對反應器進行流場分析優化。反應器入口設置氣流均布裝置，入口及出口段設置導流板，使煙氣流經反應器時阻力盡可能小。在每臺爐脫硝反應器入口安裝實時監測裝置，每臺爐的脫硝反應器出口安裝氨逃逸和CEMS裝置。

3.3.2 石灰石-石膏濕法脫硫系統

石灰石-石膏濕法脫硫工藝是目前應用最廣泛的一種脫硫技術，技術成熟，運行可靠性好，具有脫硫效率高、對煤種變化適應性強、吸收劑資源豐富、脫硫副產物便于綜合利用等特點。本次改造總平面布置盡量減少占地面積，新建石灰石-石膏濕法脫硫系統+濕式電除塵器一體塔，一爐一塔設置。單塔設3層噴淋層，采用高效雙向空心錐噴嘴，覆蓋率達300%。第一層噴淋層下方設置一層篩板式均流托盤，可均布吸收塔內的氣體流速，避免煙氣流速局部高的情況，增加煙氣在吸收塔的停留時間，延長氣液接觸時間，提高吸收塔的脫硫除塵效率。在吸收塔第一層和第二層、第二層和第三層噴淋層之間各設一層提效環，最大限度降低能耗。噴淋層上方設置二級屋脊式除霧器，每級除霧器底部設置沖洗管和噴嘴。用于沖洗除霧器元件，防止堵塞。

3.3.3 電袋復合除塵器+濕式除塵器組合除塵系統

保留原電袋復合除塵器作為一級除塵，利用電場作用收集80%左右的粗顆粒粉塵。剩余的細微顆粒被荷電后，在電荷異性相吸的作用下組成大粉塵團，袋式除塵作為二級除塵，過濾收集剩余20%左右的粉塵，減少高濃度粉塵對脫硫系統的影響。新建吸收塔的塔頂布置濕式除塵器，采用管式除塵器，立式布置，最大程度減少煙氣阻力；管式除塵器的收塵極采用重量輕、強度高、耐腐蝕性能好的導電玻璃鋼材料，蜂窩狀模塊化設計，結構緊湊，占空間小，減輕吸收塔承重荷載；采用間歇式沖洗，無廢水產生，不會造成二次污染。濕式除塵器布置在濕法脫硫后方，可協同處理濕法脫硫后的硫酸霧、PM2.5、重金屬離子等，從而達到粉塵超低排放。

3.3.4 運行情況

某公司1×130t/h+2×150t/h CFB鍋爐煙氣超低排放改造項目完成168h調試后投入使用，系統運行穩定，凈煙氣出口NOx質量濃度＜15mg/Nm3、SO2質量濃度≤10mg/Nm3、煙塵排放濃度＜5mg/Nm3，煙氣處理能力和效果均達到環保標準。

4 結論

超低排放改造后，運行情況表明：

（1）采用SNCR+SCR組合脫硝技術，可實現高效脫硝，保證煙囪出口NOx濃度≤50mg/Nm3。氨總逃逸率≤3ppm，避免氨逃逸影響脫硫效率和除塵器結垢。

（2）充分利用成熟可靠的石灰石-石膏濕法脫硫技術，采用高效噴淋系統、板式均流托盤、提效環等新型脫硫工藝，可提高脫硫效率。保證煙囪出口SO2濃度≤50mg/Nm3。采用2層屋脊式除塵器，使除霧器出口液滴含量≤20mg/Nm3，可減輕濕式除塵器的壓力。

（3）常規干式除塵器+濕法脫硫很難達到出口煙塵濃度＜5mg/Nm3。電袋復合除塵器+濕法脫硫后加裝濕式除塵器，在保證粉塵出口濃度的同時，也可協同處理濕法脫硫后的硫酸霧、PM2.5、重金屬離子等。

（4）SNCR+SCR組合脫硝+電袋復合除塵器+石灰石-石膏濕法脫硫+濕式除塵器的協同控制路線，可實現煙氣多污染物超低排放。