王家嶺煤礦鍋爐房煙氣脫硝改造工程實施探討

呂 飛

（山西王家嶺煤業有限公司，山西 忻州 036600）

1 20T蒸汽鍋爐提標改造施工方案

王家嶺煤業鍋爐房原有20t/h 蒸汽鍋爐3 臺，系采用濕法脫硫除塵一體化工藝裝備進行除塵脫硫，因原有工藝性能不能滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）的排放限值的要求，需對原有鍋爐房的除塵脫硫工藝及其工藝裝備進行環保升級改造，以使燃煤鍋爐煙氣能達標排放。

改造項目內容主要包括工藝設備供貨和安裝及工藝管路、電氣、土建、調試、培訓、環保驗收等一切與工藝目標相關的內容，使改造后的煙塵排放指標≤50mg/Nm3，二氧化硫排放指標≤300mg/Nm3，以達到國家環保的排放要求。

1.1 主要改造施工項目

（1）將除塵器的布袋全部更換為高溫型超細纖維高密度超低排放：PPS+PTFE 覆膜，保證布袋除塵器出口粉塵濃度低于10mg/Nm3(未經含氧量折算值)，煙氣經過脫硫塔及管束除霧器，粉塵濃度小于10mg/Nm3(未經含氧量折算值)，這樣保證折算后的粉塵濃度小于30mg/Nm3(9%，O2)以下，達到排放要求。

（2）引風機改造：拆除原來兩臺120kW引風機，增加兩臺160kW 引風機，引風機位置改至布袋除塵器與脫硫塔之間，增加配套引風機變頻器、配電裝置和線纜。

（3）脫硫方面：王家嶺煤業鍋爐房目前采用雙堿法進行脫硫，設計最高脫除率90%，但根據鍋爐煙氣在線監測系統監測數據，按照國家環保新標準，在個別時間段存在超標情況（即S 含量＞200mg/m3），因此必須對現有脫硫系統進行改造才可完全達到國家最新環保標準的排放要求。

1.2 脫硫部分改造項目

（1）新建一個鋼結構脫硫塔，位置在布袋除塵器旁的空地，脫硫塔可容納2 臺鍋爐的煙氣，即2 爐1 塔設計。采用堿法脫硫，新上3 臺噴淋泵，脫硫塔上方布置束管除霧器，脫硫除霧后的煙氣從原混凝土煙囪排放（如果原混凝土煙囪未做防腐，脫硫塔可采用煙塔一體的方式）。出口排放的SO2濃度小于50mg/Nm3（未經含氧量折算值），折算后SO2濃度小于200mg/Nm3(9%,O2)以下，達到排放要求。

（2）所有機泵檢修、刷漆，更換所有壓力表。

（3）新裝PH 自動控制裝置，以實現警示連鎖操作，提供人機交互界面。

（4）新增配套電氣系統，以及對原電氣系統進行改造。

（5）新增自動加堿、加石灰裝置，以及增加4臺攪拌器。

（6）對原脫硫系統沉淀池進行改造，變沉淀池為綜合池。

1.3 脫硝改造項目

王家嶺煤業鍋爐房目前沒有安裝脫硝系統，根據鍋爐煙氣在線監測系統監測數據，氮氧化物排放量在個別時間段存在超標情況，因此必須新增一套脫硝系統才可以達到國家最新環保標準的排放要求。

根據環保技術部、機電部前期的調研和討論結果，結合該公司實際情況，本方案擬采用臭氧低溫氧化脫硝工藝，要求該系統達到自動化運行要求，具備人機操作界面。

臭氧脫硝成套設備主要包括：液氧罐1 臺，汽化器1 臺，減壓閥組1 套，氧氣管路及閥門1 套，臭氧發生器1 臺，冷卻循環系統1 套，補氮系統1 套，檢測儀器1 套，臭氧多點旋流式煙道布氣器1 套，臭氧管路及閥門1 套，臭氧脫硝副產物處理系統，臭氧脫硝系統的供配電系統。另外還要求臭氧脫硝系統須實現PLC 自動控制功能。

2 臭氧脫硝施工方案

臭氧技術脫硝效率最高，能夠滿足更高標準的大氣污染物排放限值，且液氧供量根據負荷可調，占地面積小，特適合運行工況不穩定的中小型工業鍋爐。運行費用較低，且在液氧可以免費提供的情況下，運行費用非常低。臭氧脫硝主要是利用臭氧的強氧化性，將不可溶于水的低價態氮氧化物氧化為可溶于水的高價態氮氧化物，氮氧化物在洗滌塔內被吸收，從而可以達到脫硝目的。

2.1 脫硝反應

臭氧脫硝過程中氮的氧化機理如下：通過臭氧在煙道的施放、布氣、氣相混合的方式、溫度控制、粉塵影響等的全面模擬試驗，構建出臭氧與氮氧化物之間化學反應機理，可根據低溫條件下臭氧與一氧化氮關鍵反應進行研究。

低溫條件下，O3與NO 之間的反應如下：

① NO+O3→NO2+O2；

② NO2+O3→NO3+O2； ③NO3+NO2→N2O5

與氣相中其他化學物質如CO、SO2相比，NO可以很快被臭氧氧化，這就使得氮氧化物的臭氧氧化具有很高的選擇性。因為氣相中的NOx被轉化為溶于水的化合物，這使得氧化反應更加完全，從而不可逆地脫除NOx。并且該工藝的脫硝效率高，可滿足更高標準的環保要求。

2.2 臭氧系統

臭氧系統由臭氧發生器、冷卻水系統、控制系統、檢測儀器儀表等部分組成。液氧經過汽化后分別進入臭氧發生器、精密過濾器、減壓、穩壓后進入臭氧發生室。在臭氧發生室內，氧氣通過中頻高壓放電變成臭氧，產出的氣體經溫度、壓力、流量監控調節后由臭氧出氣口釋放出。

2.3 氧氣源

臭氧發生器所需的氧氣源應定期或不定期由液氧專用車運輸至液氧儲罐區進行儲存。液氧儲罐區主要設置液氧儲罐、液氧卸車加注管道及閥組、液氧汽化裝置、減壓閥組、氧氣源場地土建工程等。液氧儲罐按7d 以上儲量計算，罐體容積為100m3。

2.4 脫硝的副產物

脫硝過程是用氧化性極強的臭氧將煙氣中的一氧化氮轉化為易溶于水的氮氧化物，產出物在后一級的脫硫脫硝塔中被洗劑吸收。雙堿法、氧化鎂法洗劑塔內NOx的吸收反應方程式如下：

2.5 布氣系統和氧化反應區設置

在鍋爐氧化區通過對風機后煙道改造，在鋼煙道內加裝臭氧分布裝置和臭氧混合反應器，每臺鍋爐設一套，共四套。

臭氧出氣經調節閥組后進入布氣裝置及混合反應器內，應對煙道流場進行布置，保證氣體的充分混合，并且不會對后級設備產生影響，防止煙羽的產生。利于優化煙氣流場，提高臭氧反應的效率，減少對下游煙道設備的影響。

2.6 工藝水系統

脫硝工藝用水量較少，主要為脫硝稀釋分配系統使用，可直接由脫硫工藝水箱接出。

3 脫硝方案

根據鍋爐房運行實際，設計臭氧量為1×50kg/h，本方案設計臭氧量為1×50kg/h，臭氧系統設置在2#布袋除塵器西南側空地處，臭氧投加系統設置在布袋除塵器出口煙管處，1 臺臭氧發生器對應2套脫硝用臭氧投加系統，2 套臭氧投加系統可選擇性的共同使用或自由切換使用。

臭氧發生器成套設備由液氧儲罐、空浴式汽化器、穩壓裝置、臭氧發生系統、冷卻水循環系統、臭氧多點逆流漩流式煙道布氣器、自控系統、檢測儀器等組成。

3.1 系統配置

按照鍋爐運行負荷，合理配置設備，提供完整的臭氧發生成套系統，設置1 套50kg/h 臭氧發生系統，單套系統臭氧產量50kg/h，臭氧濃度100~148mg/L。

臭氧系統包括以下配置：

（1）臭氧發生器1 臺，單臺臭氧發生器產量為50kg/h，臭氧濃度100~148mg/L，額定功耗≤7kW·h/kg；

（2）液氧儲罐1 臺，容積50m3；

（3）空浴式汽化器2 臺，500m2；

（4）液氧穩壓裝置1 套；

（5）西門子自動控制系統1 套；

（6）冷卻循環系統1 套，包括內循環水泵1 臺，板式換熱器1 臺，補水水箱1 臺，及其配套的工藝閥門和底座；

（7）檢測儀器1 套，包括臭氧泄漏報警儀1 臺，臭氧在線監測儀1 臺，氧氣泄漏報警儀；

（8）臭氧分配及逆流式臭氧噴射系統2 套；

（9）臭氧分配自控系統1 套。

3.2 流程說明

3.2.1 臭氧系統流程說明

根據氧化脫硝系統的工藝特點及規模，控制系統采用分散控制、集中監視和操作的原則。

3.2.2 臭氧系統設備特點

本次施工選用的臭氧發生器的特點

（1）發生室高耐壓

放電體全部進行15kV 沖壓測試，耐高強度的機械沖擊和熱電沖擊，并具有超強的抗氧化性。

（2）高穩定節能電源技術

臭氧電源采用全IGBT 變頻技術，追蹤電流電壓相位，功率因數≥0.95，對現代電網無干擾，噪音低，功耗優于國標。

3.2.3 材質保證

臭氧具有很強的氧化性，優秀的材質是設備穩定安全運行的保證，臭氧發生室臭氧產生的核心部件全部采用不低于316L 不銹鋼材質，與臭氧接觸部分全部采用不低于316L 不銹鋼、四氟、氟橡膠材質。

臭氧發生器使用壽命10a，整機免費維護5a。高硼硅放電管使用壽命10a，放電室在純氧氣源工作狀態下終生免維護。

4 結 語

根據王家嶺煤礦鍋爐房現場實際情況，本著投資少、工期短、工藝先進性的原則，采用臭氧法脫硝工藝。由于除塵、脫硫及脫硝均屬于煙氣末端治理技術，影響最終治理效果的前期因素很多，如鍋爐運行工況、運行人員素質等。所以應確保鍋爐運行達到或接近國家規定的工況要求，同時提高運行人員運行操作水平，做到人機結合，高效運行，從而達到最終排放100%設計效果。