多污染物一體化控制環(huán)保設(shè)備的集成研究及開發(fā)

文_常慧芬 王中雷 伊洋 卓朝福 中節(jié)能六合天融環(huán)保科技有限公司

燃煤鍋爐作為火電廠的重要設(shè)備，同時(shí)也是環(huán)境污染的源頭。近年來(lái)隨著環(huán)保政策的不斷趨嚴(yán)及標(biāo)準(zhǔn)密集出臺(tái)，很多燃煤鍋爐都配套有環(huán)保設(shè)施，按照各地區(qū)控制要求的差異化，重點(diǎn)地區(qū)開始要求實(shí)現(xiàn)超超低排放。

基于“燃煤鍋爐污染物一體化控制技術(shù)研究及工程示范”成果，在PM2．5、SO2、NOx控制反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)間耦合/競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、核心設(shè)備研制、一體化控制示范的基礎(chǔ)上：按照國(guó)家更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)超超低排放工藝技術(shù)；使PM2．5、SO2、NOx分別達(dá)到5mg/Nm3、10mg/Nm3、30mg/Nm3，并滿足國(guó)家新提出的鍋爐煙氣排放溫度和含濕量要求。

1 設(shè)備的集成研究及開發(fā)

1.1 設(shè)計(jì)方案

以480t/h 常見燃煤鍋爐作為環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)參考鍋爐，進(jìn)行煙氣超低一體化控制裝置的研究。

煙氣經(jīng)過金屬間化合物柔性膜高溫除塵裝置進(jìn)行PM 除塵，除塵后煙氣進(jìn)入新型微孔SCR 裝置進(jìn)行脫硝，隨后煙氣經(jīng)過余熱回收裝置進(jìn)行降溫，降溫后的煙氣混入臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生的臭氧在此氧化氮氧化物，最后煙氣進(jìn)入氨法噴淋散射塔脫硫硝，凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)引入煙囪排放，

1.2 工作原理

每個(gè)處理系統(tǒng)單獨(dú)集成安裝，煙氣經(jīng)鍋爐尾部受熱面進(jìn)入金屬間化合物柔性膜高溫除塵器，煙氣經(jīng)塵降后，順次進(jìn)入新型微孔SCR 脫硝裝置，NOX經(jīng)塵降后，進(jìn)入余熱鍋爐系統(tǒng)，除鹽水作為冷媒介與煙氣進(jìn)行換熱，吸熱提高水溫后作為鍋爐進(jìn)水口供水，煙氣余熱利用，達(dá)到節(jié)能的效果。換熱后的煙氣中通入臭氧進(jìn)行高級(jí)氧化，將未反應(yīng)的NOx及其他有害氣體進(jìn)行氧化，生成可溶于水的多種高價(jià)態(tài)氮氧化物，氧化后的煙氣進(jìn)入尾端同時(shí)脫硫脫硝除塵裝置，采用氨水溶液噴淋散射吸收。吸收凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排放。單獨(dú)集成系統(tǒng)與系統(tǒng)間通過煙道連接。

1.3 集成裝置功能

1.3.1 高溫除塵

目前燃煤煙氣中污染物NOx治理技術(shù)主要選用SCR 工藝，多屬于高灰布置，含灰量大不僅易造成催化劑磨損、中毒、堵塞等，且空預(yù)器也易積灰腐蝕，在超凈排放的大背景下，污染物的深度脫除面臨挑戰(zhàn)，將SCR 布置于高溫除塵系統(tǒng)后能有效解決以上常見問題，也是污染物治理技術(shù)中的關(guān)鍵問題。高溫除塵技術(shù)與目前常規(guī)技術(shù)相比，他的使用溫度可達(dá)到600℃，過濾袋材質(zhì)為金屬間化合物柔性膜，具有耐磨性、抗氧化性、選擇性分級(jí)過濾、PM 級(jí)過濾、獨(dú)立集成設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

1.3.2 微孔SCR脫硝

基于高溫除塵技術(shù)，煙氣先除塵后進(jìn)入SCR 反應(yīng)器，催化劑安放在一個(gè)固定撬裝的反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器設(shè)計(jì)為整體座式型，煙氣穿過催化劑層NOX經(jīng)催化還原為N2和H2O。在低塵布置下，催化劑可選擇微孔型，即單位體積內(nèi)有效體積增多。低塵布置下采用微孔催化劑可降低反應(yīng)器成本。

1.3.3 余熱鍋爐

系統(tǒng)采取臥式集成設(shè)計(jì)，分成受熱面部分和公用部分。公用部分旁置：包括軟化水箱、水泵和控制系統(tǒng)。受熱面部分主要為省煤器、水管路集成組成。系統(tǒng)采用高效傳熱元件—熱管，較一般余熱回收裝置有許多明顯優(yōu)點(diǎn)。

①各換熱設(shè)備之間有煙道連接，中間煙道上設(shè)入孔（供設(shè)備安裝和停爐檢修時(shí)使用）。

②省煤器是由熱管元件組合而成。熱流體的熱量由換熱管傳給水套管內(nèi)的飽和水（飽和水由下降管輸入），并使其加熱，這樣熱管不斷將熱量輸入水管，達(dá)到將熱煙氣降溫的目的。

③整個(gè)系統(tǒng)中省煤器采用積木式模塊化箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全部受壓元件的組焊均在廠內(nèi)完成，分段出廠，現(xiàn)場(chǎng)吊裝，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝焊口，集成設(shè)計(jì)安裝。

1.3.4 臭氧氧化

經(jīng)余熱鍋爐降溫后的煙氣混入臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生的臭氧在此將煙氣中未發(fā)生SCR 反應(yīng)的NOX再次氧化為高價(jià)態(tài)氮氧化物。臭氧發(fā)生器包括：臭氧發(fā)生室、臭氧電源柜、發(fā)生器中粉塵過濾器、減壓閥、流量計(jì)、變送器等集成設(shè)計(jì)，便于安裝控制。

1.3.5 氨法脫硫脫硝

本系統(tǒng)包括脫硫硝反應(yīng)塔。公用系統(tǒng)、分離系統(tǒng)等。濕法脫除劑采用20%氨水，公用系統(tǒng)包括氨水儲(chǔ)罐、氨水泵、工藝水罐、工藝水泵等，分離系統(tǒng)部分包括結(jié)晶蒸發(fā)器、冷卻結(jié)晶槽、離心分離機(jī)、濾液槽等；噴淋層布置于脫硫硝反應(yīng)塔頂上部，煙氣自下而上經(jīng)過噴淋區(qū)，煙氣中硫氧化物、氮氧化物被吸收后自塔頂排出。以實(shí)現(xiàn)超超低排放要求。

1.3.6 除霧裝置

經(jīng)濕法脫硫脫硝的煙氣中夾帶直徑10 ～30μm 的液滴，小粒徑粉塵，對(duì)后端尾部煙道具有一定的腐蝕性，除霧器具有捕集的功能，利用液滴的慣性和重力原理，分離煙氣和顆粒物、水份滯留在塔底。

1.3.7 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

先進(jìn)的完全自動(dòng)化控制是超凈排放工藝系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)。高溫金屬膜除塵系統(tǒng)中設(shè)置有風(fēng)門自動(dòng)閥，溫度遠(yuǎn)傳，差壓變送等可遠(yuǎn)程調(diào)控儀表，可根據(jù)系統(tǒng)不同的運(yùn)行情況做在線調(diào)整，保護(hù)除塵器。微孔SCR 系統(tǒng)氨區(qū)氨水罐、供氨泵、儀表、調(diào)節(jié)閥等按照撬裝設(shè)置，根據(jù)鍋爐負(fù)荷在線調(diào)整供氨量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。余熱鍋爐進(jìn)水系統(tǒng)裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化進(jìn)水，鍋爐出水口安裝溫度變送器與進(jìn)水口調(diào)節(jié)閥、泵連鎖啟停，保證余熱鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。脫硫硝塔漿池部裝有PH 值變送器，由PLC 控制氨量的注入量，同時(shí)注入泵出口安裝有電磁流量計(jì)，可達(dá)到理想的效果。

2 結(jié)果分析

該套環(huán)保裝置于2019 年7月在某電廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。為保證裝置的安全運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)計(jì)如下：

①每個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)集成設(shè)計(jì)，設(shè)備之間采用煙道連接，接口采用法蘭連接便于安裝及拆卸。

②氨區(qū)箱罐、泵、閥門、儀表采用撬裝設(shè)計(jì)，底座采用22#槽鋼結(jié)構(gòu)，保證運(yùn)行時(shí)安全穩(wěn)定。

通過整套裝置10d 的連續(xù)運(yùn)行，分別監(jiān)測(cè)SO2、NOx、PM進(jìn)出口濃度值。結(jié)果如圖1、圖2、圖3 所示。

圖1 NOX 濃度變化曲線

圖2 SO2 濃度變化曲線

圖3 PM2.5 濃度變化曲線

從圖1、圖2 和圖3 得出：環(huán)保裝置未加裝前鍋爐出口PM值30 ～35g/Nm3，NOx濃 度 值400 ～450mg/Nm3，SO2濃度值4000 ～4500mg/Nm3。加裝環(huán)保裝置后煙囪出口PM2．5、SO2、NOx分別達(dá)到5mg/m3、10mg/m3、30mg/m3，達(dá)到超超低排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

超超凈環(huán)保一體化控制設(shè)備較傳統(tǒng)工藝顯著降低出口污染物濃度值。獨(dú)立系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，系統(tǒng)之間采用煙道活動(dòng)連接，便于檢修。集成設(shè)計(jì)達(dá)到布局美觀、緊湊，便于控制。一體化控制實(shí)現(xiàn)物耗在線連鎖調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)能。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，采用一體化控制環(huán)保設(shè)備，解決了燃煤鍋爐超凈排放工藝效率低等問題，做到了燃煤鍋爐超超凈排放目標(biāo)。高溫除塵后脫硝，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命，降低了反應(yīng)器的成本投資。