一體化脫硫脫硝除塵運(yùn)行試驗(yàn)及優(yōu)化改造

郝宏飛

(山西焦煤集團(tuán)五麟煤焦開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，山西 汾陽(yáng) 032200)

引 言

現(xiàn)階段，煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，我國(guó)每年大量消耗煤炭在快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，導(dǎo)致環(huán)境被嚴(yán)重污染。原因在于，煤炭中含有大量的硫化物、氮化物等，燃燒后產(chǎn)生大量的SO2、NOx等污染氣體，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵[1]。火力發(fā)電作為煤炭的最大應(yīng)用行業(yè)，為減小對(duì)環(huán)境的污染，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委最新下發(fā)的通知要求，所采用的燃煤發(fā)電機(jī)所排放出煙塵的質(zhì)量濃度不得大于5 mg/m3，SO2的排放量不得大于35 mg/m3，NOx的排放量不得大于50 mg/m3。為此，需對(duì)當(dāng)前燃煤發(fā)電機(jī)組的脫硫脫硝以及除塵效果進(jìn)行改進(jìn)。

1 一體化脫硫脫硝除塵運(yùn)行試驗(yàn)研究

1.1 一體化脫硫脫硝除塵工藝研究

目前，針對(duì)煤炭燃燒后所產(chǎn)生煙氣中硫化物、氮化物以及粉塵的處理仍然主要以國(guó)外引進(jìn)的SCR技術(shù)為主，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中消耗大量的催化劑和吸收劑，成本非常高，對(duì)于發(fā)電行業(yè)而言每年消耗的煤炭量非常巨大，若一直采用SCR技術(shù)脫硫脫硝除塵的話將大大增加生產(chǎn)成本。經(jīng)分析，SCR技術(shù)應(yīng)用成本過(guò)高的主要原因在于對(duì)煙氣中的硫、硝以及粉塵的處理是分段進(jìn)行的。為此，實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝除塵的一體化功能將是降低投資、控制成本的有效途徑。一體化脫硫脫硝除塵的工藝流程如圖1所示。

圖1 一體化脫硫脫硝除塵工藝流程圖

一體化脫硫脫硝除塵工藝流程采用水噴淋+氨水中和的技術(shù)將脫硫、脫硝以及除塵集中于一套系統(tǒng)中。目前，基于一體化脫硫脫硝除塵技術(shù)的kTLF100000/2140L脫硫脫硝設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

1.2 一體化脫硫脫硝除塵試驗(yàn)效果分析

為驗(yàn)證該設(shè)備的脫硫、脫硝以及除塵效果，需對(duì)煙氣排放、污染源排放等數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)，并著重對(duì)二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、氨氮、硫酸鹽、硫酸鹽氮等雜質(zhì)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)[2]。根據(jù)省市下發(fā)的通知，要求燃煤鍋爐排放出的煙氣中氮氧化物的消除率大于85%，硫化物的消除率大于98%，除塵效率大于85%。具體指標(biāo)為：煙塵的質(zhì)量濃度不得大于5 mg/m3，SO2的排放量不得大于35 mg/m3，NOx的排放量不得大于50 mg/m3。

本方案分別采用直接讀數(shù)法和分析法對(duì)煙氣中的SO2、NOx以及粉塵的濃度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 一體化脫硫脫硝除塵設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)效果

如表1所示，該設(shè)備的脫硫率可達(dá)98.8%，而且排放出SO2的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)小于35 mg/m3；該設(shè)備的脫硝率為8.7%，遠(yuǎn)小于國(guó)家發(fā)改委規(guī)定的氮氧化合物消除率大于85%的要求，而且排放出NOx的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)大于50 mg/m3的要求；該設(shè)備的除塵率約為50%，未達(dá)到國(guó)家發(fā)改委所規(guī)定的除塵率大于85%和粉塵質(zhì)量濃度小于5 mg/m3的要求。

綜上所述，kTLF100000/2140L的脫硫脫硝設(shè)備的脫硝和除塵效果不滿足要求。

1.3 一體化脫硫脫硝除塵設(shè)備優(yōu)化改造建議

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，導(dǎo)致該設(shè)備脫硝除塵效果不佳的原因及對(duì)應(yīng)的改造建議可總結(jié)為如下三點(diǎn)：

1) 爐內(nèi)溫度過(guò)低。理論上要求該設(shè)備1#、2#爐的溫度保持在800 ℃以上，而3#爐的溫度保持在850 ℃以上。實(shí)踐表明，由于1#、2#爐本身結(jié)構(gòu)原因?qū)е缕錉t內(nèi)溫度很難達(dá)到800 ℃以上。為解決鍋爐本身結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，擬通過(guò)保證蒸發(fā)量大于65 t/h，且將爐內(nèi)的氧氣比例控制在6%以下。

2) 該設(shè)備缺乏強(qiáng)催化劑氧化裝置。由于該設(shè)備缺乏強(qiáng)催化劑氧化裝置，導(dǎo)致NOx很難被氧化。為此，擬通過(guò)采用特殊的氧化劑或在煙氣中加入適量的臭氧以保證NOx能夠被最大可能的氧化，最終被氨化溶液所吸收[3]。

3) 設(shè)備爐內(nèi)初始的氮氧化物的含量偏高。經(jīng)檢測(cè)，爐內(nèi)氮氧化物的最高質(zhì)量濃度達(dá)到400 mg/m3。為此，可在設(shè)備爐內(nèi)加裝分量分級(jí)控制系統(tǒng)，降低鍋爐出口煙氣中所含氧氣的量。

2 一體化脫硫脫硝除塵設(shè)備的優(yōu)化改造

結(jié)合當(dāng)前一體化脫硫脫硝除塵設(shè)備的運(yùn)行效果以及改造建議，分別對(duì)該設(shè)備的脫硫、脫硝以及除塵環(huán)節(jié)作如下改造：

2.1 脫硫環(huán)節(jié)的改造

雖然該設(shè)備的脫硫效果滿足國(guó)家發(fā)改委的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中脫硫環(huán)節(jié)還存在如下缺陷：

1) 濃縮段不能形成正常的副產(chǎn)品；2) 亞硫酸銨未能夠全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)的氣味嚴(yán)重且存在氣溶膠；3) 當(dāng)前設(shè)備所配置的管道和泵與所采用的脫硫技術(shù)存在差異[4]。

針對(duì)上述脫硫環(huán)節(jié)中存在的缺陷，進(jìn)行如下改造：

1) 將原煙道上的濃縮段去除并加裝一套煙氣濃縮降溫箱；2) 增設(shè)氧化槽保證所有亞硫酸銨均可轉(zhuǎn)化為硫酸銨；3) 增設(shè)水洗段，對(duì)所排放的氣體進(jìn)行深度洗滌。改造后的脫硫流程如圖2所示。

圖2 改造后脫硫總流程圖

2.2 脫硝除塵環(huán)節(jié)的改造

針對(duì)該設(shè)備脫硝環(huán)節(jié)的改造旨在解決其脫硝效率不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，主要根據(jù)1.3中的改造建議對(duì)脫硫環(huán)節(jié)進(jìn)行改造，尤其在煙氣中加入適量的臭氧提升NOx的氧化率，最終能夠盡可能地被氨化溶液所吸收。改造后的脫硝流程圖如第70頁(yè)圖3所示。

圖3 改造后脫硝總流程圖

針對(duì)該設(shè)備除塵效果不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，在脫硫脫硝改造的基礎(chǔ)上為其增設(shè)一套煙氣濃縮降溫池，其

主要包括噴淋層對(duì)其中的粉塵進(jìn)行消除。

2.3 改造效果驗(yàn)證

將上述改造思路在當(dāng)前一體化脫硫脫硝除塵設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，并采用試驗(yàn)階段同樣的方法對(duì)所排放煙氣中的SO2、NOx以及粉塵的濃度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 一體化脫硫脫硝除塵設(shè)備改造效果

如表2所示，該設(shè)備的脫硫率可達(dá)99.2%，而且排放出SO2的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)小于35 mg/m3；該設(shè)備的脫硝率為89.4%，而且排放出NOx的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)小于50 mg/m3的要求；該設(shè)備的除塵率約為88.2%，達(dá)到國(guó)家發(fā)改委所規(guī)定的除塵率大于85%和粉塵質(zhì)量濃度小于5 mg/m3的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

煤炭當(dāng)前仍然在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)煤炭資源的利用量依然很大[5]，如若對(duì)煤炭資源的利用不合理且對(duì)所排放的煙氣處理不充分的話會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。本文針對(duì)燃煤鍋爐所排放煙氣不滿足國(guó)家發(fā)改委標(biāo)準(zhǔn)要求的問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的脫硫、脫硝以及除塵環(huán)節(jié)進(jìn)行改造，經(jīng)改造后該設(shè)備在實(shí)現(xiàn)脫硫脫硝除塵一體化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)脫硫率可達(dá)99.2%，脫硝率可達(dá)89.4%，除塵率可達(dá)88.2%，均滿足國(guó)家發(fā)改委的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。