大型燃煤鍋爐房超低排放改造

何崇智， 胡皓青， 鄭炳健， 陳 博

(1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司 第六設計研究院， 天津 300384；2.寶雞市熱力有限責任公司 熱源分公司， 陜西 寶雞 721000)

1 概述

2018年12月29日，陜西省發布地方標準DB 61/1226—2018《鍋爐大氣污染物排放標準》，并于2019年1月29日開始實施，規定了陜西省省內在用燃煤鍋爐自2020年4月1日起的污染物排放限值。本文結合工程實例，對陜西地區大型燃煤鍋爐超低排放改造內容及改造效果進行介紹。

2 項目概況

陜西省寶雞市玉澗堡鍋爐房建成于2005年1月，現有3臺70 MW燃煤熱水鍋爐，供熱面積為330×104m2。配備布袋除塵器、脫硫設備以及脫硝設備(選擇性非催化還原法，以下簡稱SNCR)。每臺鍋爐均配置1臺布袋除塵器、1套脫硫設備、1套脫硝設備。改造前煙氣處理系統見圖1。煙氣中氮氧化物在鍋爐燃燒室內與尿素分解形成的NH3反應后生成N2、水，脫除氮氧化物后的煙氣進入布袋除塵器除塵，最后經吸收塔脫硫后由煙囪排入大氣。

圖1 改造前煙氣處理系統

鍋爐房位于城市建成區內，DB 61/1226—2018規定的2020年4月1日起執行的污染物排放限值為：顆粒物質量濃度10 mg/m3、氮氧化物質量濃度50 mg/m3、二氧化硫質量濃度35 mg/m3。

根據實測數據，除塵前煙氣顆粒物質量濃度≤4 500 mg/m3,脫硝前煙氣氮氧化物質量濃度約400 mg/m3，脫硫前煙氣二氧化硫質量濃度≤2 300 mg/m3。經改造前煙氣處理系統處理后，顆粒物質量濃度為20 mg/m3，氮氧化物質量濃度為200 mg/m3，二氧化硫質量濃度為200 mg/m3。由此可知，改造前煙氣處理系統不符合DB 61/1226—2018。因此，需要對除塵裝置、脫硝設備、脫硫設備進行改造。

改造方案保留現有布袋除塵器、SNCR脫硝設備，增設濕式電除塵器、SCR(選擇性催化還原)脫硝設備，對吸收塔、漿液循環泵進行升級改造。

3 改造內容

3.1 系統流程

改造后煙氣處理系統見圖2。煙氣先在爐內脫硝，然后進入SCR脫硝設備進一步脫硝。對于SCR脫硝設備，由于催化劑條件下反應溫度要求控制在320～420 ℃，反應后排出的高溫煙氣易破壞布袋除塵器。因此，SCR脫硝設備排煙先經過二級省煤器，溫度降低至150 ℃左右后，再進入布袋除塵器。除塵后的煙氣經引風機進入吸收塔脫硫。為進一步降低顆粒物質量濃度，脫硫后的煙氣進入濕式電除塵器再次除塵后排放。

圖2 改造后煙氣處理系統

3.2 改造內容

① 增設濕式電除塵器

保留布袋除塵器，在吸收塔后增設濕式電除塵器。1臺鍋爐配套1臺濕式電除塵器，共3臺。濕式電除塵器布置在吸收塔出口與總煙道之間，吸收塔出口煙氣先進入濕式電除塵器除塵，再進入主煙道通過煙囪排放。

濕式電除塵器與干式電除塵器的除塵機理相同，但兩種除塵器對集塵極上捕集粉塵的清除方式不同。干式電除塵器通過機械振打方式清灰，濕式電除塵器采用沖刷噴淋等濕式清灰方式。因此，濕式電除塵器能夠有效控制二次揚塵，而且濕式電除塵技術具有更高的除塵效率，除塵效率可達90%[4]。

⑧Keynes J．M．，The Collected Writings of John Maynard Keynes，Vol．26，Activities 1941 ～1946．

② 脫硝設備改造

改造現有SNCR脫硝設備，增設SCR脫硝設備。在SCR脫硝設備選型時，考慮了以下因素：一是控制催化反應器的尺寸，減少催化劑用量。二是減小煙氣阻力，以保留原引風機。脫硝設備仍然采用尿素作為還原劑，尿素為固體顆粒物，與氨水、液氨相比，儲存運輸更加安全。固體尿素顆粒由尿素溶液制備系統轉化為尿素溶液后分別送入爐內、SCR脫硝設備。

a.SNCR脫硝設備改造

由于鍋爐房建成時間較早，不僅爐排腐蝕嚴重，換熱效率降低，而且經常出現因腐蝕引起的漏水事故，嚴重威脅安全穩定運行，以上問題在本次SNCR脫硝設備改造中一并解決。

原有的尿素溶液噴嘴僅設置在鍋爐燃燒室頂部，本次改造除在燃燒室頂部增加噴嘴數量外，還在上層爐排兩側增設尿素溶液噴嘴。增加自動檢測及噴嘴流量控制裝置，保證尿素溶液有足夠的穿透深度和覆蓋面。將煙囪出口煙氣中氮氧化物質量濃度作為反饋值，與設定的氮氧化物質量濃度進行PID比較運算，控制尿素溶液流量。

b.新增SCR脫硝設備

SCR脫硝設備的反應器采用固定床形式，催化劑為模塊放置，采用蜂窩式催化劑，煙氣自上向下流動。

③ 脫硫設備改造

鍋爐房現有4臺(3用1備)漿液循環泵，1臺漿液循環泵對應1臺吸收塔。每臺吸收塔噴淋層為3層，3臺吸收塔共用1個循環漿池。

受空間限制，僅對脫硫設備進行局部優化改造。一是對現狀吸收塔增高，每臺吸收塔增加1層噴淋層，更換除霧器及支架。二是增大漿液循環泵流量，保證足夠液氣比及氣液接觸時間，以提高脫硫效率。更換后漿液循環泵流量由450 m3/h提升至1 200 m3/h。漿液循環泵數量及安裝位置保持現狀，以減少土建工程量并降低改造難度。

4 改造效果

改造項目于2019—2020年供暖期前完工。2019—2020年供暖期，環保部門對煙氣的在線檢測數據顯示：低負荷運行工況下(鍋爐額定熱功率的40%～60%)，顆粒物質量濃度0.47 mg/m3，氮氧化物質量濃度28.23 mg/m3，二氧化硫質量濃度2.15 mg/m3。平均負荷運行工況下(鍋爐額定熱功率的60%～90%)，顆粒物質量濃度1.5 mg/m3，氮氧化物質量濃度31.2 mg/m3，二氧化硫質量濃度18.9 mg/m3。高負荷運行工況下(鍋爐額定熱功率的90%～110%)，顆粒物質量濃度2.19 mg/m3，氮氧化物質量濃度30.20 mg/m3，二氧化硫質量濃度27.30 mg/m3。

由以上數據可知，超低排放改造后，不同負荷條件下污染物排放質量濃度均符合DB 61/1226—2018。

5 結語

隨著陜西省地方標準DB 61/1226—2018《鍋爐大氣污染物排放標準》實施，省內燃煤鍋爐超低排放改造工作迫在眉睫。此項目在充分利用舊設備的基礎上，投資2 200×104元進行改造，當年投資當年投產。實現了既定環保目標，解決了鍋爐房周邊居民的污染投訴問題，取得了良好的環境及社會效益。