35 t/h流化床燃煤鍋爐煙氣治理升級改造的實踐研究與應用

馮校澤

(太原鋼鐵(集團)有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦,山西 太原 030304)

近年來,隨著環(huán)境保護意識的提高和對空氣質(zhì)量的關注,煙氣治理成為了一個熱門話題。在我國能源領域,依靠煤炭燃燒供能依舊是重點,燃煤鍋爐的運行必然會產(chǎn)生粉塵等有害物質(zhì),會加劇環(huán)境的污染。而流化床燃煤鍋爐作為一種高效、環(huán)保的燃煤鍋爐,對其煙氣治理升級改造具有重要的研究和應用價值,通過對流化床燃煤鍋爐煙氣治理升級改造的實踐研究與應用進行詳細分析,研究和開發(fā)高效的燃煤煙氣環(huán)保治理技術,對燃煤鍋爐煙氣中的顆粒物、二氧化硫(SO2)及氮氧化物(NOx)等污染物進行高效治理,總結(jié)經(jīng)驗并提出相應的改進措施,實現(xiàn)對自然環(huán)境的保護,符合國家和地方環(huán)保的要求[1-3]。

1 項目背景

太原鋼鐵集團尖山鐵礦選區(qū)35 t/h流化床鍋爐供廠區(qū)采暖,近年來,當?shù)貓?zhí)行新的《鍋爐大氣污染物排放標準》,對煙氣粉塵、SO2和NOx排放標準提出了更嚴格要求,煙氣排放無法達到新的標準要求,需要進行煙氣達標排放升級改造。

35 t/h流化床燃煤鍋爐改造前的工藝,燃料煤經(jīng)給煤機通過落煤管進入爐膛,預熱后的一次風經(jīng)風室由爐膛底部穿過布風板送入,爐膛內(nèi)的物料在快速流化狀態(tài)燃燒放出大量熱。與爐膛受熱面進行熱交換后,夾帶大量顆粒的煙氣飛出爐膛進入旋風分離器。通過分離器下的回料管與飛灰回送器送至爐膛循壞燃燒,而煙氣和未被分離器捕集的細顆粒排入轉(zhuǎn)向室、換熱器等進行降溫,與此同時,通過爐內(nèi)噴鈣的方式進行煙氣中SO2的脫除。之后,煙氣排出流化床鍋爐,分別進入干法脫硝系統(tǒng)和布袋除塵系統(tǒng),完成凈化后的煙氣通過煙囪排入大氣,流化床燃煤鍋爐工藝流程如圖1所示。目前采用的流化床鍋爐的蒸發(fā)量為35 t/h,煙氣量為95 000 m3/h,排煙溫度約為160～190 ℃。

圖1 35 t/h改造前流化床燃煤鍋爐工藝流程

2 改造方案選擇

2.1 現(xiàn)狀分析

流化床鍋爐于2002年12月安裝投用的,已經(jīng)使用20年,屬于老式淘汰型流化床鍋爐,工藝落后,鍋爐出口煙氣含氧量高,NOx初始濃度高。煙氣治理改造難度大。除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)相互之間存在干擾,而且對鍋爐運行工況存在影響。

2.2 改造方案的研究與篩選

2.2.1 脫硫系統(tǒng)改造方案

對行業(yè)內(nèi)比較成熟的石灰石-石膏濕法、干法噴鈣小蘇打脫硫系統(tǒng)、雙堿法和氨法脫硫四種工藝,從脫硫效率、技術成熟性、安全性、投資成本、運行成本幾方面的綜合對比和考察,確定采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝更加適合35 t/h流化床鍋爐。該工藝主要通過在煙氣中噴射石灰石石膏溶液,將煙氣中的SO2轉(zhuǎn)化為難溶性的石膏,從而達到脫硫的目的。主要步驟包括石灰石制漿、石膏制漿、石膏循環(huán)系統(tǒng)和石膏脫水處理等。其優(yōu)點主要包括高效脫硫、低成本和工藝成熟可靠等方面,并且適合針對本廠情況進行改造,實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的升級。

2.2.2 脫硝系統(tǒng)改造方案

對SNCR脫硝工藝、SCR脫硝工藝以及活性氨干法脫硝工藝進行了調(diào)查分析和對比,從脫硝效率、安全危險性、鍋爐改造的難度、對鍋爐運行的影響、投資成本、運行成本幾方面的綜合對比,確定采用活性氨干法脫硝工藝原有工藝進行升級改造。活性氨干法脫硝工藝利用活性氨與煙氣中的NOx發(fā)生反應,將其轉(zhuǎn)化為氮和水,從而實現(xiàn)脫硝的目的。其優(yōu)點包括高效脫硝、低副產(chǎn)物、適應性強、催化劑使用壽命長、工藝成熟可靠等優(yōu)勢,適合流化床燃煤鍋爐煙氣脫硝技術改造。

2.2.3 除塵系統(tǒng)改造方案

除塵系統(tǒng)方面,結(jié)合現(xiàn)有鍋爐風機功率大小和經(jīng)濟性,主要考察布袋除塵、電袋復合除塵兩種方案。袋除塵工藝通過在除塵設備內(nèi)部放置布袋過濾材料,利用顆粒物在氣流中的慣性和重力沉降原理,以及布袋過濾材料的捕集作用,將顆粒物從氣流中分離出來。雖然布袋除塵效率高,但是阻力較大,且風機電耗大,布袋壽命短,在現(xiàn)有指標要求下和脫硫工藝下,電袋除塵工藝更加適合。電袋除塵是通過在除塵設備內(nèi)部設置電場,使氣流中的顆粒物帶電,并通過電場力的作用,使帶電顆粒物沉積在電極上,煙氣再通過布袋除塵進一步凈化,從而達到高效除塵的目的。電袋除塵工藝適用于處理顆粒物較小、粉塵濃度較高的氣體,具有較高的除塵效率和較長的布袋使用壽命。

3 改造方案實施

3.1 脫硫系統(tǒng)升級改造實施

對脫硫系統(tǒng)的改造,首先拆除原有脫硫塔。設計安裝配套新的石灰石-石膏濕法系統(tǒng),結(jié)合現(xiàn)場實際優(yōu)化脫硫工藝,設計廢漿液輸送系統(tǒng),將廢漿液輸送至新大井。并設計增加液膜除塵裝置,提高脫硫塔除塵效率,改造后的脫硫系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)工藝流程圖

3.2 脫硝系統(tǒng)升級改造實施

采用活性氨干法脫硝工藝,將活性氨噴射到煙氣中,與NOx發(fā)生反應。反應后的煙氣進入反應器,在催化劑作用下提高反應速率和轉(zhuǎn)化率,生成氮和水。為進一步適應脫硝工藝,對原有設備進行了改造,主要包括下料系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)等。將料倉下部下料口更改為兩個,提高供料系統(tǒng)的供料能力。針對輸送裝置系統(tǒng)改造兩臺風機對應兩臺供料器,提高系統(tǒng)輸送能力和輸送的穩(wěn)定性。針對給料計量裝置系統(tǒng)增加一套供料器輸送系統(tǒng)。針對噴射裝置系統(tǒng),根據(jù)鍋爐運行工況的變化,爐膛溫度的變化以及爐渣配比循環(huán)物料增加,研究爐膛內(nèi)部工藝溫度的變化,找出最佳脫硝劑噴入位置四個(兩側(cè)設置噴槍),在爐膛兩側(cè)設置6個噴入點,爐膛夾層設置2個噴入點,圖3為活性氨噴入點的研究與分布設置,圖4為活性氨干法脫硝系統(tǒng)工藝流程圖。

圖3 活性氨噴入點的研究與分布設置

圖4 活性氨干法脫硝系統(tǒng)工藝流程圖

3.3 除塵系統(tǒng)升級改造實施

如圖5對除塵系統(tǒng)的改造,分為電除塵和布袋除塵兩個區(qū)域。在電除塵部分,對原有易損部件進行更換,主要包括陰極線、絕緣子電加熱器等,還更換了陰陽極振打錘、軸承座、承擊氈,并且對振打位置進行調(diào)整、修復。此外,對絕緣子(瓷套、瓷軸)和進口煙箱氣流均布板檢查、改造、更換,設計增加瓷軸清掃器,并且檢修了人孔門,對漏風嚴重的位置進行了修補、更換密封條。為了進一步提高凈化效率,對系統(tǒng)極間距進行了調(diào)整。在布袋除塵部分,設計更換了濾袋、袋籠,確保濾袋使用最高溫度達到240 ℃,袋籠采用有機硅涂層,確保可以承受高溫煙氣。為增加濾袋使用壽命,在電袋鄰區(qū)設計設置氣流均布板,防止粉塵直接沖擊布袋。對本體部分的漏風率進行了檢測,低于2%,并通過改造旁通煙道,提高了除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖5 電袋復合除塵工藝流程圖

4 系統(tǒng)運行實踐研究

4.1 脫硫系統(tǒng)試運行

在脫硫系統(tǒng)試運行中發(fā)現(xiàn)漿液輸送過程中煙氣粉塵瞬間由0.5 mg/m3上升至60 mg/m3,針對此情況進行原因分析并組織試驗攻關。主要分析了脫硫劑類型、漿液管進入位置和閥門開度對煙氣粉塵含量的影響。將脫硫劑由300目(0.044 mm)的碳酸鈣更換為200目(0.075 mm)的氧化鈣進行了同等濃度輸漿試驗,結(jié)果漿液輸送過程中煙氣粉塵仍舊瞬間快速超標,證明漿液輸送過程中煙氣粉塵快速增高與脫硫劑無關。將漿液管道由塔體中部(煙氣段)進漿改為塔體底部(液體段)進漿,結(jié)果漿液輸送過程中煙氣粉塵仍舊瞬間快速超標,證明漿液輸送過程中煙氣粉塵快速增高與漿液管道高低位置無關。

在同等漿液比重情況下,對漿液輸送速度與煙氣粉塵排放濃度的關系進行了試驗研究,控制漿液濃度為1 120 kg/m3。研究表明,在同等漿液比重情況下,煙氣粉塵排放濃度隨著漿液輸送速度的增加而增大,如圖6所示。在同等閥門開度為30%的情況下,對石灰漿液比重與煙氣粉塵排放濃度的關系進行了試驗研究,結(jié)果表明煙氣粉塵排放濃度隨著石灰漿液比重的增大而增大,如圖7所示。

圖6 同等漿液比重情況下漿液輸送速度與煙氣粉塵排放濃度的關系

4.2 脫硝系統(tǒng)試運行

脫硝系統(tǒng)試運行中根據(jù)鍋爐負荷的變化和爐膛溫度的變化,從8個噴入點選擇合適的噴入點進行脫硝劑噴入,保障噴點溫度接近750～850 ℃,最大可能提高脫硝效率。增加系統(tǒng)反應的溫度區(qū)間和空間,提高了脫硝系統(tǒng)適應鍋爐負荷的調(diào)整范圍。

5 煙氣治理升級改造效果

經(jīng)過技術改進后,煙氣治理系統(tǒng)從2020年10月31日至今運行穩(wěn)定,凈化效果顯著,粉塵排放濃度從改造前的30 mg/m3降低至0.5～2 mg/m3,SO2排放濃度從改造前的200 mg/m3降低至2.0～35 mg/m3,NOx排放濃度從改造前的200 mg/m3降低至30～50 mg/m3,達到超低排放標準。

煙氣治理系統(tǒng)每年減少粉塵排放5 t,減少SO2排放15 t,減少NOx排放15 t。在經(jīng)濟性能方面也表現(xiàn)出優(yōu)勢,每年節(jié)約排污費6萬元。此外,改造以后每天消耗石灰3 t,而之間每天消耗9 t,在每個采暖期可以節(jié)約石灰1 700 t,降低成本35萬元。

6 結(jié)束語

對35 t/h流化床燃煤鍋爐煙氣治理系統(tǒng)進行了升級改造,并對電袋復合除塵、石灰石-石膏濕法脫硫和活性氨干法脫硝煙氣凈化系統(tǒng)進行了調(diào)試與和運行,煙氣達到最新的排放標準,并且具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。綜上所述,本研究對老式淘汰型流化床燃煤鍋爐煙氣治理升級改造提供了有益的實踐經(jīng)驗和技術參考,對于促進燃煤鍋爐煙氣治理工作的開展具有重要意義。