燃煤鍋爐煙氣超低排放技術研究

文_張瑩瑩 山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司資源環境管理局

針對某公司2×480t/h 超高壓循環流化床鍋爐進行煙氣超低排放技術改造，在原有脫硫塔內部增加煙氣托盤和高效管束除霧器，使煙氣與脫硫劑充分混合并利用離心力在高效管束除霧器內分離粉塵和水滴，進一步降低煙氣中的SO2和粉塵濃度，使之滿足超低排放標準。

1 改造內容

本次改造項目總投資876．8 萬元，在原有脫硫塔內部增加煙氣托盤和高效管束除霧器，使煙氣與脫硫劑充分混合并利用離心力在高效管束除霧器內分離粉塵和水滴，進一步降低煙氣中的SO2和粉塵濃度，使之滿足超低排放標準（即：氮氧化物50mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、煙塵10mg/Nm3）。兩臺鍋爐于2017 年9月底技改完成，2 號鍋爐于2017 年10 月19 日啟動投入運行，1 號鍋爐于11 月10 日啟動投入運行，檢測結果三項指標均達到超低排放標準。

本次改造在原有爐外脫硫系統上進行，且不影響原有設備的性能。具有“工期短、投資少、效益好”等特點。

2 工藝方案選擇研究

在對大氣污染物“塵硫氮”改造特別是“塵”實施“超低排放”，如何選擇技術路線成為擺在我們面前的一個課題。目前國內粉塵超低排放技術方案主要有濕式電除塵、電袋復合式除塵器和管束式除塵器等。

2.1 濕式電除塵

濕式電除塵器是一種用來處理含微量粉塵和微顆粒的新除塵設備，主要用來除去含濕氣體中的塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2．5等有害物質，是治理大氣粉塵污染的常用設備。但濕式電除塵存在改造投入成本高、占用空間大、施工周期長、施工難度大，投入后，運行阻力及運行成本較高，且存在增加脫硫系統廢水缺點，加重脫硫廢水系統處理負擔。

2.2 電袋復合式除塵器

電袋復合式除塵器是有機結合了靜電除塵和布袋除塵的特點，通過前級電場的預收塵、荷電作用和后級濾袋區過濾除塵的一種高效除塵器，它充分發揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優勢，以及兩者相結合產生新的性能優點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點。但電袋除塵器存在運行阻力較大，對于在役機組改造來說，引風機需要較大余量。電袋除塵，濾袋破袋后對粉塵影響較大，在追求粉塵超低排放的當下一旦出現破袋，將對排放產生重大影響。

2.3 管束式除塵器

管束式除塵器是近年來發展起來的一種新型除塵器，通過在吸收塔頂部加載除塵管束(替代原除霧器)，達到粉塵超低排放的目的。管束式除塵器是利用煙氣通過其設置的三層導流葉片后產生旋轉，通過離心力分離煙氣中的霧滴及粉塵，其主要有以下特點：

（1）使用環境的特點

管束式除塵器的使用環境是含有大量液滴的50℃飽和凈煙氣，其特點是霧滴量大，霧滴粒徑分布范圍廣，由漿液液滴、凝結液滴和塵顆粒組成，除塵主要是脫除漿液液滴和塵顆粒。

（2）細小液滴與顆粒的凝聚

大量的細小液滴與顆粒在高速運動條件下碰撞機率大幅增加，易于凝聚成為大顆粒，從而實現從氣相的分離。

（3）大液滴和液膜的捕悉

除塵器筒壁面的液膜會捕悉接觸到其表面的細小液滴及在增速器和分離器葉片表面的大液滴層，細小液滴經大液滴層實現對細小霧滴的脫除。

（4）多級分離器實現對不同粒徑液滴的捕悉

氣體旋轉流速越大，離心分離效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，運行阻力越大，越容易發生二次霧滴的生成；因此其采用多級分離器，分別在不同流速下對霧滴進行脫除，保證較低運行阻力下的高效除塵效果。

三種粉塵超低排放改造技術比對見表1。

表1 三種粉塵超低排放改造技術比對

經過以上比較，管束式除塵器無論從投資、施工及運行成本、可靠性來說，在燃煤機組粉塵超低排放改造中，都具有一定優勢，因此我們把管束式除塵器作為此次改造路線的首要選擇。

3 改造實施方案

3.1 方案技術原則

本次改造區域僅限于脫硫塔內噴淋層以上包括噴淋層、除霧器、凈煙氣出口煙道等。

改造后，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝能在鍋爐啟動及任意負荷下安全穩定運行。

盡量利用現有系統設備，整體系統節能降耗，便于運行維護，提升整套系統超低排放改造的最佳性價比。同時，投標方必須盡可能降低對原有系統的影響，招標方為超低排放改造的施工、安裝提供便利并盡量滿足改造所需的停機時間，縮短施工周期。

須采用先進、成熟、可靠人技術，造價經濟、合理、便于運行維護。運行費用最低，確保人員設備安全，節省能源、原材料和占地。

在設計上要留有足夠的通道，包括消防、施工、檢修需要的吊裝及運輸通道。

3.2 改造方案

本次改造方案仍采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。全煙氣脫硫，一爐一塔。

為滿足最新的鍋爐煙氣污染物超低排放標準，提高現有脫硫系統的效率，吸收塔內新裝管束除塵器。

保證煙囪入口的煙氣溫度不低于50℃，在任何正常運行工況下，除霧器出口煙氣攜帶的水滴含量應低于20mg/Nm3。煙囪不得有石膏雨現象。煙氣處理能力為最大連續工況時的煙氣量，脫硫效率≥98%。

核對現有脫硫設備的性能出力，盡量利用現有設備。

脫硫系統新增阻力由現有引風機克服，不設置增壓風機。

脫硫劑不變，吸收塔漿液循環泵和氧化風機不變。

吸收塔結構簡單，內部設計避免出現死角、結垢和堵塞等問題。吸收塔頂部制造所選用的材質及內部防腐涂料須滿足脫硫工藝的運行要求，內部所有部件均可承受最大入口氣流及最高進口煙氣溫度的沖擊，并可承受煙氣飛灰和脫硫固體懸浮物的磨損。塔體和內部結構在設計時應考慮合適的腐蝕余度。為防止塔內液體泄漏，吸收塔本體為氣密性結構，改造時盡可能使用焊接連接，以保證殼體結構的完整性，法蘭和螺栓連接僅在必要時使用。塔體上的人孔、通道、連接管道等需要在殼體穿孔的地方均相應進行密封，防止泄漏。改造后吸收塔脫硫效率不低于98%；脫硫塔出口煙塵濃度不大于5mg/Nm3。

4 改造后效果對比分析

改造后，氮氧化物、二氧化碳、煙塵三項指標均達到規定的超低排放標準。改造前后指標對比見表2。

表2 改造前后指標對比

5 技術綜合比較

該公司作為煤矸石綜合利用熱電廠，年消化當地煤泥、煤矸石等劣質燃料120 余萬t，可節約標準煤35．27 萬t（700 元/t，共計2．5 億元）。同時減少了煤泥、煤矸石的堆存量。改造前后排放總量及環保稅繳納對比分析見表3。環境保護稅自2018 年開始征收，通過表3 對比分析，改造后每年少繳納環保稅626．51 萬元。

表3 改造前后排放總量及環保稅繳納對比分析

6 結語

在此次技改過程中，通過多方案比選，采用了技術先進、改造量小、工程實施快，占地面積小的改造方案，節省了大量的投資，取得可觀的經濟效益。鍋爐改造后，各系統運轉良好，煙氣排放各項指標時刻處于超低排放標準范圍內。