鍋爐煙氣脫硫脫硝超低排放改造項目技術方案選擇及應用

亢辰辰

（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 041606）

1 公司供汽鍋爐排放現狀

目前公司供汽車間現有燃氣鍋爐4 臺，其中，1#～3#鍋爐為35 t/h、4#鍋爐為75 t/h。4 臺鍋爐共用一個煙囪，裝設有一套煙氣監測裝置，主要對煙氣中氮氧化物、二氧化硫、顆粒物質量濃度三項指標進行實時監測。環保部門對鍋爐煙氣中氮氧化物、二氧化硫、顆粒物質量濃度三項指標排放檢測嚴格。根據山西省《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB 14/1929—2019）要求，燃氣鍋爐煙氣排放指標為：NOx折算質量濃度≤50 mg/m3，SO2折算質量濃度≤35 mg/m3，煙塵折算質量濃度≤10 mg/m3。隨著公司3 套干熄焦余熱回收裝置的投產，蒸汽系統平衡情況發生改變，供汽鍋爐的角色由最初的公司主要蒸汽來源轉變為公司蒸汽系統的調峰裝置，生產系統蒸汽最大需求時，僅需開啟3 臺35 t/h 的燃氣鍋爐即可滿足要求，為此，公司僅對3 臺35 t/h 供汽鍋爐煙氣進行脫硫脫硝超低排放改造（預留75 t/h 燃氣鍋爐煙氣脫硫脫硝超低排放改造位置），以滿足日益嚴格的環保要求。

2 技術方案選擇

2.1 改造原則

1）應考慮鍋爐煙道系統串漏、煙氣粉塵多等情況對脫硫脫硝系統的影響，煙氣排放滿足指標要求，并保證脫硝催化劑使用壽命至少24 000 h，且能滿足脫硝指標要求。

2）脫硫脫硝裝置負荷能適應鍋爐煙氣量變化。當鍋爐煙氣量發生變化，以及煙氣中二氧化硫和氮氧化物的濃度發生波動時，不需要大量的和非常規的操作即能確保污染物的排放濃度達標。

3）采用先進的工藝技術，以降低操作成本和改造的投入。整套脫硝、脫硫和除塵裝置能夠滿足整個系統在各種工況下自動運行的要求，脫硝、脫硫和除塵裝置及其輔助設備的啟動、正常運行監控和事故處理均能實現自動化，而不需要在就地進行與系統運行相關的操作。

4）脫硫系統、脫硝系統、除塵系統盡可能獨立運行。采用成熟可靠的技術和設備。對于容易損耗、磨損或出現故障并因此影響裝置運行性能的所有設備，設計成易更換、檢修和維護。

5）鍋爐煙氣經脫硝、脫硫裝置處理后不產生二次污染，滿足嚴格的環保要求。工藝路線的選擇不影響鍋爐運行，且裝置正常運行時脫硫、脫硝效率達設計要求。

6）在工藝設計方面，在裝置停運期間，各個需要沖洗和排水的設備和系統在不需要過多的或非常規的準備和操作的情況下就能實現沖洗和排水。

7）煙道和反應器、箱罐等設備應配備足夠數量的人孔門，所有的人孔門使用鉸接方式，且能容易開關。所有設備和管道，包括煙道、膨脹節等在設計時考慮設備和管道發生故障時能承受最大的溫度熱應力和機械應力。

8）應充分考慮整個系統的檢修和運行維護方便，所有的人孔門附近應設有足夠大檢修維護平臺和上下通道；對于容易損耗、磨損或出現故障并因此影響裝置運行性能的所有設備，即使設有備用件，也應設計成易于更換、檢修和維護，并且應設有檢修維護和操作的平臺，尤其是閥門翻板的故障維修。

2.2 技術方案比選

2.2.1 基礎數據

鍋爐煙氣及脫硫脫硝參數見下頁表1、表2。

表1 鍋爐煙氣參數數據

表2 鍋爐煙氣脫硫脫硝效率

2.2.2 煙氣脫硝工藝選擇

目前煙氣脫硝工藝主要有低氮燃燒工藝、臭氧法脫硝工藝、中溫等離子脫硝工藝、爐內脫硝的SNCR工藝、選擇性催化還原技術SCR 工藝等。

低氮燃燒工藝是采用改變燃燒條件的方法降低燃氣鍋爐NOx排放量的技術，本改造項目燃氣鍋爐爐膛出來的煙氣ρ（NOx）≥550 mg/m3，采用低氮燃燒工藝僅可控制NOx排放質量濃度在150 mg/m3左右，無法滿足超低排放要求，僅能作為其他脫硝工藝的預處理措施。

臭氧法脫硝工藝、中溫等離子脫硝工藝采用濕法脫硝，先用臭氧或等離子等強氧化劑將NO 氧化為NO2，然后用堿性溶液洗滌，產生廢水等二次污染，且工藝能耗高，NO 轉化率不高，工業化裝置NO 轉化率不到70%，因而不選用這兩種工藝。

SNCR 工藝是利用氨對NOx的還原功能，在高溫（850 ℃～1 100 ℃）條件下不需要催化劑的作用下將NOx（主要是NO）還原為N2和水。SNCR 工藝的脫硝效率不高，其脫硝效率只有30%～70%，且要求鍋爐負荷穩定，保證藥液噴入點的煙氣溫度在850℃～1 150 ℃之間，不能適應燃氣鍋爐負荷變化的工況。本改造項目燃氣鍋爐運行負荷波動較大，難以確定穩定的SNCR 反應溫度位置，因此，SNCR 技術不適合本改造項目。

SCR 脫硝工藝是在一定溫度下，利用催化劑，使煙氣中的NOx與還原劑氨混合后發生還原反應，生成氮氣和水，SCR 脫硝催化劑的反應溫度280℃～420℃，屬于中溫脫硝溫度范圍，脫硝效率最高可達到90%以上，且技術成熟，運行穩定，能夠適應鍋爐負荷多變的工況。

結合供汽車間鍋爐煙氣特點，在原低氮燃燒改造的基礎上，采用SCR 中溫脫硝工藝。

2.2.3 煙氣脫硫工藝選擇

目前，煙氣脫硫工藝主要分為濕法脫硫、半干法脫硫、干法脫硫工藝。

濕法脫硫工藝為采用吸收液對煙氣進行噴淋的脫硫工藝。

半干法脫硫主要為采用干態吸收劑及少量水混合與煙氣反應，最終以未飽和煙氣形式排放的脫硫工藝。

干法脫硫工藝為采用固態吸收劑與煙氣反應的工藝，目前主要為活性焦干法脫硫工藝和SDS 干法脫硫工藝。

現供汽車間燃氣鍋爐煙氣中SO2質量濃度≤150 mg/m3，脫硫后要求達到ρ（SO2）≤35 mg/m3，脫硫效率在80%左右，上述脫硫工藝均能達到排放要求。

由于濕法脫硫工藝存在廢水和“白煙”問題；活性焦干法脫硫工藝建設及運行成本均很高，半干法次之，經濟性均不理想。

因此本改造項目煙氣脫硫工藝選擇SDS 干法脫硫技術，理由如下：

供汽車間燃氣鍋爐煙氣中SO2濃度較低，SDS 干法脫硫劑（碳酸氫鈉）的消耗量相對較小，運行成本可大大降低；SDS 干法脫硫工藝具有良好的調節特性，脫硫裝置運行及停運不影響燃氣鍋爐的連續運行，脫硫系統的負荷與鍋爐煙氣負荷相協調，保證脫硫系統可靠和穩定連續運行；SDS 干法脫硫劑直接噴入煙氣管道，脫硫系統非常簡單，系統阻力增加很小，脫硫系統運行電耗低，操作維護方便；一次性投資少，占地面積小；由于SDS 干法脫硫劑噴入管道是干態物質，因此為全干系統、無需用水，自然也就沒有廢水產生，此外，由于系統不加水，溫降低，出口煙氣飽和度很小，不存在白霧問題，無需配套煙氣消白裝置；由于SDS干法脫硫劑（20 μm～25 μm）在管道內被熱煙氣激活，比表面積迅速增大，與煙氣充分接觸發生反應，脫硫效率可達90%。

綜上所述，本項目煙氣脫硫脫硝超低排放改造工藝擬采用“中溫SCR+SDS 脫硫+布袋除塵”工藝路線。

2.2.4 主要改造內容及工藝流程

根據供汽車間燃氣鍋爐的實際運行情況，需對鍋爐煙氣系統進行分步改造，具體如下：

1）考慮到現場燃氣鍋爐空間狹小，1#、2#、3#燃氣鍋爐包括省煤器只有2 200 mm 空間，按正常設計，需安裝噴氨格柵、整流格柵、吹灰器、催化劑、省煤器等設備，空間不夠，且無法保證煙氣流場的均勻性，影響脫硝效率，并對鍋爐省煤器的換熱效率也產生一定影響，因此選用外置式SCR 反應器，同時調整省煤器位置。

結合鍋爐實際工藝運行情況可知，1#、2#、3#燃氣鍋爐SCR 最佳反應溫度在省煤器前，為此，擬將鍋爐煙氣從省煤器前引出，安裝外置式反應器，同時將原有省煤器移至SCR 反應器下方，最后通過煙道送回空預器前。

2）將1#、2#、3#鍋爐煙氣從原有引風機后引出、匯合后進行SDS 脫硫反應、布袋除塵，經新增增壓引風機送至原有煙囪排放，由于本項目煙氣負荷波動范圍較大，引風機采用變頻控制。

3 項目實施及試運行優化

3.1 項目實施

鍋爐煙氣脫硫脫硝裝置超低改造項目于2020 年4 月全面開工建設，2020 年9 月底建成投入試運行。

3.2 試運行優化

項目于2020 年9 月30 日建成投運后，供汽車間3 臺燃氣鍋爐受生產系統蒸汽平衡影響，只能單臺鍋爐低負荷運行（一年中約8 個月燃氣鍋爐低負荷運行），導致脫硫塔入口煙氣低于設計要求，原設計脫硫塔入口煙氣溫度〉140 ℃，現實際脫硫塔入口溫度為90 ℃～118 ℃。

據了解，目前國內、外同類工藝一般采用熱風爐加熱的方法對煙氣溫度進行升溫調節，由于本工程煙氣溫度升溫調節幅度小、熱風爐建設成本高和實際建設場地小等原因，本工程采用改造調溫管線的方法對煙氣溫度進行調節，將省煤器后調溫管線（空預器旁路）進行改造，將調溫管線的入口改到省煤器入口煙道上，出口管線位置不變，減少省煤器、空預器對煙氣溫度的消耗，使一部分鍋爐煙氣從脫硝反應器后直接進入脫硫塔，提升了脫硫塔入口溫度，改造后脫硫塔入口溫度為135 ℃～155 ℃，提高了脫硫塔脫硫效果。解決了供汽車間3 臺35 t 鍋爐低負荷運行狀態下，脫硫塔脫硫效率低、脫硫劑消耗高、連續運行周期短的問題。

改造前單臺鍋爐脫硫劑每小時消耗約30 kg，改造后單臺鍋爐脫硫劑每小時消耗約15 kg。按每年低負荷狀態下運行8 個月計算，每年可以節約脫硫劑用量約86.4 t；按脫硫劑單價2 800 元/t 計算，每年單臺鍋爐可節約生產成本24.192 萬元。

4 運行效果

該項目實施后達到了預期效果，改造后煙氣SO2排放質量濃度≤35 mg/m3，NOx排放質量濃度≤50 mg/m3，粉塵排放質量濃度≤10 mg/m3，滿足了山西省鍋爐煙氣超低排放要求。鍋爐煙氣中SO2年減排量約164.25 t、NOx年減排量約142.82 t。

5 結語

該項目通過在燃氣鍋爐煙氣系統增設SCR 中溫脫硝、SDS 干法脫硫、布袋除塵等措施，達到預期效果，可推廣應用于同類燃氣鍋爐煙氣超低排放治理。