高溫高壓煤粉鍋爐煙氣治理項目分析及探討

陳康

（南京中電環保科技有限公司，江蘇南京211101）

以某公司兩臺240 t/h 高溫高壓煤粉鍋爐為例，現有除塵方式為三電場靜電除塵，同時未建設脫硫、脫硝裝置，已遠遠不能滿足《火電廠大氣污染物排放標準》GB 13223-2011 的要求。隨著國家新的環保法律法規的實施，對環保要求日益嚴格，為滿足環保達標排放要求，必須對已建鍋爐除塵器進行改造或更換，同時新建鍋爐煙氣脫硫、脫硝裝置。

1 煙氣主要污染物排放現狀

按已建鍋爐額定蒸發量、年運行8 000 h 計，兩臺240 t/h 高溫高壓煤粉鍋爐煙氣主要污染物及排放量詳見表1。

表1 主要污染物排放量

2 治理措施

2.1 除塵方案選擇

目前國內外燃煤鍋爐煙氣除塵效率＞99%的有靜電除塵器、電袋除塵器和袋式除塵器[1-2]。

靜電除塵器除塵效率較高，一般大于99%，經過除塵裝置后排出的粉塵濃度低，絕大多數情況下可滿足低于50 mg/m3的要求；壓力損失小，本體阻力為100～200 Pa；能夠使用從露點到金屬的溫度極限的較廣的溫度范圍；只要按照規范操作確保運轉適當，則在使用過程中所需進行的維護作業工作量小；技術成熟，應用廣泛。但其缺點也很明顯，一是設備龐大，占用場地的面積較大；二是所用的電源為高壓直流系統，前期建設所需費用較高；三是鍋爐的工作狀況及其負荷的改變等因素能夠影響鍋爐的凈化效率，從而使得排放物濃度變化；四是對所用煤種類的變化較為敏感，飛灰的電阻對除塵效率的影響比較大；五是對制造、安裝和運行管理的水平要求較高，且進行維修作業時通常需要停車。

電袋除塵器除塵效率大于99.9%，排出的粉塵濃度很低，一般能夠滿足低于30 mg/m3的要求；其運行的阻力低于靜電除塵器運行阻力。其缺點在于壓力損失較大，本體阻力在800～1 200 Pa 范圍內；設備較大，占用場地面積比靜電除塵器還要大；所用的電源和靜電除塵器所用電源系統一樣，從而導致其前期建設費用高；飛灰電阻對除塵效率的影響較大；進行維修作業時通常要停車。因兼有電除塵和袋式除塵兩套單元，設備復雜，安裝要求高，運行、維護較為復雜。

袋式除塵器除塵效率很高且穩定，一般大于99.9%，經過除塵裝置后排出的粉塵濃度低，一般可低于30 mg/m3，甚至可達10 mg/m3；粉塵的粒度和比電阻等物理性質不影響粉塵排出的濃度，鍋爐負荷和煙氣量變化對其出口的排放濃度影響不大；適應性強，能夠處理各種類型的顆粒物，尤其是可以處理靜電除塵器不能處理的高比電阻塵粒；袋式除塵器可適用的質量濃度范圍較大，且煙氣流速的改變對其影響不大；其結構及后期的維護都相對比較容易，通常情況下使用分室結構，在設計過程中提前謀劃，從而達到能夠輪換檢修的目的；和以上兩種除塵器相比，其占地面積、投資和運行等費用低。壓力損失大，本體阻力800～1 500 Pa，在國內大型機組的應用依賴進口。

綜上所述，袋式除塵器雖壓力損失較大，但除塵效率最高且穩定，可在線檢修不影響鍋爐的運行，占地面積小，投資和運行費較低，故本工程推薦使用袋式除塵器進行除塵。同時，火力發電廠鍋爐尾部煙氣處理使用布袋除塵器是成熟的方案，國內許多工程實踐已經予以證明，經驗說明濾袋的使用壽命長，一般情況下都能夠達到兩年以上，有的濾袋甚至能夠使用六年以上。布袋破損時可在線檢修，且不會對鍋爐的正常運行造成影響，更不會影響全廠的安全生產運轉。

2.2 脫硫方案選擇

目前，全球燃煤鍋爐使用的煙氣脫硫工藝有一百多種。其中，部分技術已經很成熟，達到了商業化應用的需求，但也有部分工藝還有待于進一步研究。目前應用較為廣泛的工藝主要有石灰石-石膏濕法、煙氣循環流化床工藝（CFB）、氨法、爐內噴鈣－爐后增濕活化法(LIFAC)、海水洗滌煙氣脫硫法及電子束煙氣脫硫法[1,3-4]。各脫硫工藝因原理的不同，其優缺點亦不同。

煙氣量、燃燒設備、燃料種類和含硫量、脫硫率、脫硫劑的供應條件以及電廠位置、副產品利用等是決定選擇何種脫硫工藝的主要影響因素。根據國家環保要求，要達到100 mg/Nm3以下的排放限值，同時考慮燃料煤的含硫量變化，適當留有余量，從上述工藝來看，只有石灰石-石膏濕法和氨法脫硫可滿足需求。考慮到企業的生成實際，利用廢氨水作為脫硫劑，簡便易得，還降低了化工裝置精餾氨水的費用。此外，氨法脫硫的副產物為硫酸銨化肥[4]，其質量可達到國家標準GB 535-1995 所述的合格品甚至一等品的要求，硫酸銨化肥在我國市場潛力巨大。因此，采用氨法脫硫工藝。

2.3 脫硝方案選擇

目前，國內外燃煤鍋爐所采用煙氣脫硝工藝主要是爐膛噴射還原劑的選擇性非催化還原煙氣脫硝（SNCR）、爐內低NOx燃燒（LNB）和爐后煙道噴射還原劑的選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）[5-6]，這三種工藝成熟穩定，能夠單獨使用，也可以組合使用。為了節省投資，降低運行成本，提高企業經濟效率，對已建鍋爐燃燒系統進行適當改造，降低NOx初始排放濃度，從而達標排放。根據最新國家環保要求，為達到100 mg/Nm3以下的排放限值，同時考慮鍋爐其他因素的影響，適當留有余量，脫硝效率必須達到80%以上。從上述脫硝工藝看出，只有SCR 可以達到80%以上的脫硝效率。

綜上所述，SCR 脫硝技術比較適合本工程的實際情況，具有顯著的優勢，此外，若采用SCR 脫硝技術只需對已建鍋爐的空氣預熱器做好防腐、防堵塞處理，不會影響鍋爐的正常運行，更不會影響全廠的安全生產運行。故采用SCR 脫硝工藝。

目前國內有不少類似規模煙氣脫硝工程的商業運行業績，脫硝系統均能持續穩定運行，系統可利用率大于95%，技術成熟可靠。

表2 項目實施后煙氣主要污染物排放現狀

實施治理措施后，用袋式除塵器替代已建鍋爐的靜電除塵器，除塵效率達99.95%，脫硫效率達98.0%，SCR 脫硝效率約80.7%；經以上措施治理后，SO2排放濃度為36.1 mg/Nm3，NOx排放濃度為88.9 mg/Nm3，煙塵排放濃度為17.4 mg/Nm3，達到國標（GB 13223-2011）排放標準，由鍋爐引風機送入玻璃鋼煙囪高空達標排放。

表3 實施前后污染物的排放量

由表3 可見，工程實施后，已建鍋爐年將減少向大氣中排放煙塵1 642.5 噸，減少向大氣中排放SO28 661.1噸，減少向大氣中排放NOx3 167.1 噸，環境效益非常顯著。

3 結束語

實施治理措施后，鍋爐排放的煙氣中主要污染物是SO2、NOx和煙塵，為了使煙氣對大氣的影響降至最低，本工程新建爐外氨法脫硫裝置進行煙氣脫硫，脫硫效率達98.0%；新建SCR 脫硝裝置進行煙氣脫硝，脫硝效率約80.7%；用袋式除塵器替代已建鍋爐的靜電除塵器，除塵效率達99.95%。經以上措施治理后，煙氣中煙塵、SO2及NOx排放達到國標（GB 13223-2011），年減少排放量13 470.7 噸。此外，本工程設計時優先選用技術先進、污染物排放量較小的設備，從根本上解決了對環境的污染問題；同時對排放的污染物采取積極有效的治理措施，完善“三廢”處理措施，在鍋爐額定蒸發量相同的情況下，與本工程實施前相比污染物排 放量大大減少，環境效益顯著。