燃煤鍋爐超凈排放改造方案與施工技術要點

張彪 姜濤 譚顯鵬

1.湖北省工業建筑集團有限公司 2.湖北省工業建筑集團安裝工程有限公司

為了響應國家及地方環保政策號召，西安市長安區某熱力公司所運行的6臺燃煤鍋爐進行了超凈排放改造。改造工程由湖北省工業建筑集團安裝工程有限公司以工程總承包（EPC）的方式承接，為類似的供熱鍋爐超凈排放改造積累了寶貴的經驗。

1 工程概況

該熱力公司需改造的6臺鍋爐分別是3#、4#2臺50 t/h循環流化床蒸汽鍋爐和5～8#4臺36 MW循環流化床熱水鍋爐。由于鍋爐運行多年，脫硫、脫硝、除塵設備維護保養不佳，排放煙氣的顆粒物含量、SO2濃度遠遠超過排放標準要求，NOX的排放濃度達到200mg/Nm3（標態，干基，9%O2）。

2 超凈排放改造方案

2.1 脫硝系統改造方案

原煙氣脫硝采用低氮燃燒+SCR技術，脫硝還原劑為尿素。由于NOX的排放濃度達到200 mg/Nm3（標態，干基，9%O2），為了達到超凈排放要求和節約改造成本，利用原有尿素溶液制備及輸送系統，在現有SCNR脫硝系統的基礎上在省煤器的上部增加SCR脫硝反應裝置。由于在省煤器上部要預留安裝SCR脫銷裝置的空間，故省煤器需整體下移。

SCR催化劑主要成分為V2O5/TiO2，形狀為蜂窩狀方形柱體模塊，單元尺寸為1690mm×960mm×1250mm。把蜂窩狀柱體的催化劑單元并行排列2層（每層布置6塊催化劑單元模塊，布置方式為3×2），當290～420℃煙氣垂直地通過這個蜂窩狀截面時，雖然接觸時間僅為1 s，但超過90%的NOX已被還原為無污染的N2和H2O，這可保證SCR出口處煙氣的NOX濃度低于30 mg/Nm3。

每層SCR催化劑單元均安裝了聲波吹灰器，以便于在線吹掃運行過程中催化劑表面積灰，減少催化劑活性降低速率。

2.2 除塵系統改造方案

原鍋爐煙氣排放粉塵濃度高達20 g/Nm3（標態，干基，9%O2），為了達到“超凈排放”要求，本改造工程采用低壓脈沖布袋除塵器+濕式靜電除塵器聯合除塵方案。在煙道出口，每臺鍋爐配備一套布袋除塵器；在脫硫塔后，每兩臺鍋爐的排煙共用一套濕式靜電除塵器。

低壓脈沖布袋除塵器處理風量為125000 m3/h，濾袋過濾面積2714 m2，氣布比為0.77，運行阻力小于1000 Pa，除塵效率＞99.95%，出口粉塵濃度＜10 mg/Nm3。

濕式靜電除塵器將從脫硫塔出來的煙氣（包含石膏的粉塵濃度大約為20 mg/Nm3（干基），霧滴濃度大約為75 mg/Nm3（干基））進一步脫水除塵，以達到排放要求。每臺濕式靜電除塵器的通道為228個，極間間距350 mm，煙氣通道截面積48 m2，集塵面積為1658 m2，煙氣流速2.18 m/s，保證除塵效率為80%，保證除霧效率為80%，從而可使排放的煙氣含塵率小于5 mg/Nm3（干基），含水率小于15mg/ Nm3（干基）。

2.3 脫硫系統改造方案

脫硫塔入口SO2濃度高達1403 mg/Nm3（標態，干基，9%O2），本改造工程脫硫采用成熟的石灰—石膏濕法工藝，每兩臺鍋爐的煙氣脫硫共用一個脫硫塔，脫硫塔位于在脈沖布袋除塵器系統后，濕式靜電除塵系統之前。吸收劑將進入脫硫塔的煙氣中的SO2在噴淋層內吸收為CaSO3，然后在漿液池中鼓入的空氣將CaSO3氧化生成CaSO4·2H2O（石膏）。吸收塔內布置1層托盤，4層高效噴淋層并預留1層噴淋空間，每層噴淋層高度為2m，設計液氣比為15，Ca/S為1.03。除霧器采用板式+管束式除塵除霧裝置，除霧器出口煙氣攜帶的水含量應低于30 mg/Nm3（干基）。

在最不利的情況下，脫硫塔設計脫硫效率＞97.51%，脫硫塔出口SO2濃度＜25 mg/ Nm3。

3 超凈排放改造施工技術要點

3.1 脫硝系統改造施工技術要點

催化劑模塊到貨后要檢查模塊編號的正確性（連續、無遺漏），仔細檢查每個模塊是否正常以及表面薄膜情況。如果薄膜異常，確認內部元件是否破損以及通道是否被異物堵住。除此之外，還應仔細檢查模塊外形，各外表面是否平整和相互垂直。

催化劑安裝前應仔細檢查模塊外表面是否平整和相互垂直以及模塊編號的正確性（連續、無遺漏）。如果外形歪斜將影響就位安裝。為了便于分析脫硝情況和催化元件更換，催化劑模塊安裝時應按照編號對號安裝。

催化劑吊裝工具應使用供應商提供的專用工具配合吊裝平臺和葫蘆進行吊裝，不得用鋼絲繩捆綁。吊裝催化劑模塊前應仔細檢查復核箱體內部各催化劑安裝層支撐鋼結構的幾何尺寸、平整度、標高、各層之間的間距是否符合要求。

催化劑安裝時必須在支撐鋼結構上做好落位標志，嚴格按照圖紙要求安裝，催化劑的平整度和各催化劑之間的間距應著重檢查。

由于催化劑具有毒性，搬運、組裝催化劑前，施工人員應按照要求配戴手套和防塵面罩。倘若發生意外，盡快用清水沖洗，沖洗時間至少為10 min。附著在衣服上的粉塵必須隨時抖落干凈。每次工作結束后都要充分地洗手和漱口。

3.2 除塵系統改造施工技術要點

3.2.1 脈沖布袋除塵器

首先檢查橫梁各構件是否有異常，若構件有變形需校正后方可使用。按照圖紙編號核查相應的工件編號，分類整理運至現場的構件。根據具體情況，用吊車將組裝好的橫梁整體吊裝至鋼結構立柱上。

將預制成整體灰斗吊至橫梁的下方，按照圖紙要求調整后進行焊接。

將箱體成片制作后分別吊裝至灰斗的上方，按照圖紙要求調整其軸線位置以及垂直度后進行焊接。

將箱體組裝好后，按照從下往上的順序分別進行吊裝，檢查平面平整度符合圖紙或規范要求后進行焊接。

特別注意的是，在濾袋和袋籠構件上焊接任何工件都必須經設計同意，嚴禁強行組對。

3.2.2 濕式靜電除塵器

為了提高安裝效率，濕式靜電除塵器的立柱、橫梁由廠家按圖紙要求進行編號后運送至施工現場。

安裝單位應復查基礎標高，并按照設計圖紙確定每個支架的基礎標高。以最高支架的基礎標高作為定位基準點，對其他的基礎進行找平。鋼立柱安裝的基準點以基礎上縱向與橫向的中心線為準。然后用墊鐵調整至設計標高點。

施工單位應安排專人對照設備清單進行清點，檢查零部件的數量、規格、種類是否一致。特別注意螺栓、螺母及墊圈等小件。檢查零部件外觀、接合面、焊縫是否正常。

框架立柱、橫梁吊裝前應布置好鋼錨。按照先角部再兩端最后周邊的順序吊裝立柱。

安裝變徑斗時，板之間先點焊經調整后方可整體焊接。焊接完成后檢查是否漏氣。

護板墻安裝前，應在每個接口位置搭建供對口、焊接使用的臨時平臺。按自下而上的順序逐層安裝護板墻，焊接時注意先點焊后滿焊，最后焊接窄條板。

嚴格控制陽極單元支撐梁的安裝精度。首先按設計要求在支撐梁安裝位置畫基準線。然后從中間向兩邊安裝立柱上焊接工藝臺。將第1件支撐梁吊放在工藝臺上，使立柱、支撐梁中心線對齊后調整支撐梁上平面的水平度，使其符合要求。用墊鋼調整支撐梁的長度，使其比圖紙要求的尺寸大2～3mm，以確保焊接冷卻收縮的余量。另外2件支撐梁和輔助支撐梁按照第1件支撐梁的方式進行。輔助支撐梁安裝時要確定高度。

安裝陽極單元前應先制作一套陽極板起吊裝專用吊裝架和吊鉤。吊裝架焊接質量和整體剛性應符合吊裝要求。確定好陽極單元安裝方向及位置后，在陽極單元搭設臨時平臺，將吊裝架擺放到位固定。

按照圖紙要求把陽極單元依次放入專用吊架里，極板板面應豎直，嚴禁生拉硬拽，用力過猛。起吊速度不得超過0.5 m/s，吊離地面20 cm后停止吊裝，待清理吊裝物上的雜物后再起吊。

下放的過程中嚴禁下部與框架觸碰，從而導致極板變形。上述吊裝過程不斷重復，直至陽極單元吊裝完成。吊裝完成后整體調整陽極單元安裝位置，確保框架支撐梁間距偏差不大于±2 mm。

安裝陰極單元前，應按照要求進行陰極瓷套耐壓試驗，《檢驗證書》和《產品合格證》缺一不可。

吊桿應安裝垂直，瓷套應當受力均勻且表面無塵土、油污等附著物，確保吊桿與瓷套中心偏差小于±3 mm。組合陰極大框架時應注意水平平面度偏差不大于±2 mm，對角線偏差不大于±5 mm。并按照設計圖紙核對同一電場陰極吊掛線數量和相關尺寸。安裝陰極小框架時應注意，小框架、陰極線直線度偏差小于3 mm。陰極線的安裝應按照圖紙從一側依次向另一側進行，并注意陰極線與陽極板處于相對方向。相鄰方管中心偏差應不大于±2 mm。

沖洗、噴淋管道安裝后需進行水壓試驗。試驗壓力為1.5 MPa，保壓1h后應無壓降。人工檢查濕式除塵器內部管道，有明顯焊接缺陷處返工修理。

3.3 脫硫系統改造施工技術要點

將底板環形梁與格柵支撐梁吊放至安裝位置，按照規范要求調整環形梁位置、標高、水平度。然后按照焊接作業指導書將環形梁與底部預埋件及墊板點焊，并在焊接完畢后復核尺寸。在底板環形梁上表面標出塔內壁直徑以及0o、90o、180o、270o方位。根據進行各個方向格柵梁的安裝，并臨時點焊。整體復核格柵梁安裝尺寸符合要求后正式焊接。然后按圖彎曲基礎埋筋，并與底板梁焊接。底板梁安裝結束后，對底板梁中心0o、90o、180o、270o位置標記，以便于后續底板安裝。

安裝底板時要注意底板與混凝土表面應密實貼合。在格柵支撐梁方框內，底板平整度≤3mm/m。底板對接焊縫應當在焊接完成后磨平，并在底板上標記中心點、0o、90o、180o、270o位置。

除第一層吸收塔圍板直接在環形梁上組合外，后續各層圍板均在地面先預組合后做好標記依次拆分，然后散片進行吊裝。各個散片按照標記在高空對口焊接。所有焊接完畢后，按照要求測量記錄第一層圍板安裝尺寸及偏差。然后依次焊接安裝整個塔體。

在吸收塔封頂前吊裝吸收塔內部支撐大梁。吊裝順序為：先噴淋支撐大梁，后除霧氣支撐梁。在吸收塔圍板內側劃定就位標記后吊裝支撐大梁，并在就位位置的底部焊接臨時限位。待大梁吊裝就位并調整好后相應的焊接工作。

按圖紙要求的焊接順序進行吸收塔頂板焊接，避免焊接變形產生。

吸收塔內部對接焊縫必須磨平，角接的焊縫必須打磨成半徑大于5 mm的過渡圓弧。

4 改造結果

本改造工程歷時4個月全部完工，在預定工期內完成，且系統運轉良好。第三方檢驗機構現場檢測結果表明，改造后煙氣排放（干基，6%O2）顆粒物濃度小于2 mg/Nm3，SO2濃度小于5 mg/Nm3，NOx濃度小于5 mg/Nm3，遠低于西安市“超凈排放”限值，減排效果十分顯著。

5 結語

在“超凈排放”改造項目中，既要充分利用原有設施節約成本又要充分使用當前成熟先進的環保技術。本改造項目所采用SCR脫硝技術+石灰石-石膏濕法脫硫技術+低壓脈沖布袋塵-濕式靜電除塵技術工藝成熟可靠，減排性能優良，可推廣應用至類似的“超凈排放”改造項目。