煙氣超低排放改造在燃煤循環流化床鍋爐上的應用
摘要：介紹了同煤集團廣發化學工業有限公司超低排放改造的燃煤鍋爐房基本運行情況和煙氣超低排放改造的主要技術途徑，詳細分析了該方案的技術創新路線以及改造效果，對化工行業燃煤鍋爐煙氣超低排放改造的前景進行了展望。
燃煤鍋爐使用過程中會產生大量的氮氧化物、二氧化硫以及煙塵。這些污染物如果直接排放到大氣中會嚴重影響周邊空氣質量，影響居民正常生活。通過煙氣治理技術使鍋爐達到超低排放標準，既能符合國家對大噸位燃煤鍋爐煙氣排放的要求，又能改善大氣環境，是促進企業生存、持續發展的必經之路。
1工程概況
同煤廣發化學工業有限公司原動力站設計為年產60萬噸甲醇項目的配套公用工程設施。建設規模為3×130t/h高溫高壓循環流化床（CFB）鍋爐，1×25MW高溫高壓抽汽凝汽式汽輪發電機，1×3MW飽和背壓式汽輪發電機。為使其煙氣污染物排放濃度達到超低排放，需增建煙氣凈化系統。改造前與改造后煙氣治理工藝概述如表1。
2改造設計方案
脫硫除塵、脫銷裝置設計煙氣參數如表2。
2.1脫硝部分
脫硝裝置包括低氮燃燒、SNCR脫硝以及爐后協同脫硝系統（COA）、DCS控制和超低排放的所有系統（包括主工藝系統、采暖通風、給排水、電氣、控制、在線監測、防腐保溫、消防）和建（構）筑物。
表2脫硫除塵裝置設計參數（單臺爐）
2.1.1低氮燃燒
脫硝工藝首先進行低氮燃燒改造。本次項目低氮改造只進行熱態調試，確定鍋爐一二次風的風量配比，確定二次風三級送風的各級風量比，以達到控制和降低氮氧化物起始濃度。預期目標是在鍋爐工況穩定情況下，將氮氧化物控制在120mg/Nm3以內。
2.1.2脫硝系統
新建脫硝綜合樓，氨水儲罐、除鹽水箱、爐后COA脫硝設備布置在脫硝綜合樓內。為使本項目脫硝系統可以實現由鍋爐原始排放濃度200mg/Nm3降低至最終排放濃度50mg/Nm3以下，選用氨水為SNCR脫硝還原劑；爐后協同脫硝效率需≥50%，選用亞氯酸鈉（25%）為脫硝劑。
SNCR脫硝效率達到60%，裝置出口氨逃逸率≤8mL/m3。在SNCR脫硝系統出口安裝煙氣實時監測裝置（CEMS系統），具有遠方監測顯示功能，監測參數包括以下項：NOx、O2、氨逃逸等。
工藝包含以下系統：
（1）稀釋系統
新建一套氨水溶液存儲及供應系統，氨水采用20%濃度，通過管道或者槽車運至界區內，氨水溶液通過輸送泵送至脫硝計量分配模塊，輸送泵設置2臺一用一備。溶液與稀釋水混合稀釋后才允許噴射入鍋爐內。
稀釋用水采用除鹽水。稀釋系統三臺爐共用，稀釋水泵設置2臺一用一備。氨水溶液系統設置過濾器，以防噴槍堵塞。
（2）計量分配系統
每臺鍋爐宜配置1套計量分配系統。計量分配系統就近布置在噴射系統附近鍋爐平臺上，以焊接或螺栓的形式固定。
（3）背壓控制回路
背壓控制回路通過調節閥能調節供料泵為計量裝置供應氨水所需的穩定流量和壓力，背壓控制閥設置一套。
（4）還原劑噴射系統
還原劑噴射系統的設計能適應鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）30％～100％之間的任何負荷持續安全運行，并能適應機組的負荷變化和機組啟停次數的要求。噴射器有足夠的冷卻保護措施，以使其能承受反溫度窗口的溫度，而不產生任何損壞。經混合及計量的脫硝劑進入專用噴槍，噴槍均勻充分霧化，同時充分考慮噴槍材質的耐磨蝕性和耐腐蝕性。噴嘴、噴槍、冷卻風套管最高工作溫度1000℃，其選材有耐磨、抗高溫及防腐特性，能承受反溫度窗口區域的最高溫度和高灰，而無短期損壞。
2.1.3爐后協同脫硝裝置
三臺爐設置一套與干法脫硫工藝相結合的煙氣脫硝裝置。脫硝劑為以亞氯酸鈉為主的溶液，COA低溫協同脫硝工藝主要包括卸料系統、液相脫硝劑存儲及輸送系統、脫硝劑噴射系統、壓縮空氣系統等。其中循環流化床半干法脫硫塔是COA工藝最重要、最關鍵的系統，脫硫塔中完成NO的氧化反應以及NO2的中和吸收反應。
本項目3臺爐相鄰布置，共用一座COA脫硝間，氧化劑統一存儲，集中供應，COA系統脫硝效率按50%設計。
（1）卸料系統
采用液相COA工藝，脫硝氧化劑為10%～25%亞氯酸鈉溶液（外購）。
（2）脫硝劑存儲、激活及輸送系統
設置一個溶液存儲罐，滿足鍋爐24h的使用量需求，亞氯酸鈉溶液通過溶液輸送泵進入溶液計量系統，通過與激活劑泵供的激活劑進一步激活，并完成對噴射溶液的計量控制。
（3）脫硝劑噴射系統
脫硝劑噴射系統主要由溶液管道及噴槍組成，噴射點位于吸收塔入口煙道。
（4）壓縮空氣系統
壓縮空氣主要用于溶液的霧化，以及噴槍的吹掃。
2.2脫硫部分
2.2.1脫硫系統技術路線
循環流化床干法超低排放裝置采用負壓運行方式以及一爐一套獨立的系統。吸收塔內介質流動性好，化學反應進行徹底。吸收塔內部材料能經受混合物的劇烈摩擦，內壁還能避免混合物的粘結。脫硫后除塵器采用低壓旋轉脈沖布袋除塵器，噴吹壓力小于0.1MPa。吸收劑采用生石灰粉，經過干式石灰消化器消化后，熟粉輸送至消石灰倉，然后根據脫硫需要，調節吸收劑加入到吸收塔中進行脫硫反應。
循環流化床干法超低排裝置設有清潔煙氣再循環系統，循環流化床干法超低排裝置的負荷范圍能滿足主機負荷在35%～100%的范圍變化，且在負荷調整時有良好的、適宜的調節特性，在主機運行的條件下能可靠和穩定地連續運行。循環流化床干法超低排裝置投運時，脫硫后引風機入口處煙氣溫度高于煙氣露點溫度15℃以上。
2.2.2吸收塔
吸收塔采用流化床超低排放吸收塔技術，吸收塔保證有足夠的脫硫反應時間（不低于5秒）。吸收塔自下而上依次為進口段、塔底排灰裝置、文丘里加速段、循環流化床反段、頂部循環出口段。吸收塔為鋼體結構。
吸收塔供貨包括吸收塔殼體、噴嘴及所有內部構件、塔體防磨及保溫等。吸收塔底設置自清式機械排灰裝置，不設倉泵。塔內為空塔結構，反段不設任何支撐件，以防灰塵堆積。
2.3布袋除塵部分
除塵器都有結構上獨立的殼體，主要由灰斗、過濾室、凈氣室、進口煙箱、出口煙箱、低壓脈沖清灰裝置、電控裝置、閥門及其他等部分組成。布袋除塵器入口煙塵濃度按60～100g/Nm3設計，在脫硫或不脫硫工況下均滿足出口≤5mg/Nm3（干標，6%O2）排放要求。袋式除塵器采用干法脫硫專用低壓旋轉脈沖清灰方式（清灰用壓縮空氣在0.1MPa以下）。灰斗及排灰口的設計，灰能自由流動排出灰斗，并且其標高滿足采用空氣斜槽循環回吸收塔的要求。灰斗流化槽下部還設有外排灰接口，該接口下方連接有倉泵，將外排灰送至脫硫灰庫。采用干法脫硫專用超低壓旋轉脈沖布袋除塵器，適合高濃度及高粘度粉塵過濾。
布袋濾料采用PPS基布+PPS纖維，面層混紡50%PPS超細，采用進口PPS纖維，包括防水、防油、防腐、防酸、防堿、抗氧化處理，持續運行溫度為65℃～165℃，瞬間可耐190℃，克重580g/m2，充分考慮脫硫工況或故障工況下滿足煙氣不同溫度的情況。脫硫運行工況，脫硫布袋除塵器的氣布比不得大于0.63m3/m2/min。在脫硫裝置正常使用情況下，使用壽命≥30000h。
3改造效果
項目改造后通過驗收并委托第三方監測公司于2019年10月29日～11月2日組織專業技術人員對本項目的廢氣、噪聲進行了現場監測。鍋爐煙氣改造后的監測數據顯示，排放口均達到了超低排放的要求，鍋爐煙氣污染物排放滿足山西省地方標準DB141703-2019《燃煤電廠大氣污染物排放標準》中氮氧化物50mg/m3、二氧化硫35mg/m3、煙塵10mg/m3的要求。污染物排放總量滿足新申排污許可證許可總量，整改效果較好。整套裝置在燃煤設計條件下，脫硝總效率≥98%；脫硫效率97.66%；裝置可利用率：脫硫裝置的可利用率98%；布袋除塵器效率≥99.99%；布袋除塵器本體漏風率≤3%；布袋除塵器氣布比＜0.63。
4總結
化工行業燃煤鍋爐能源消耗量較大，污染物排放量大，近年來各地企業都積極開展環保設施升級改造。其實，超低排放是對燃煤鍋爐排放要求最為苛刻的標準，為了更好地適應日趨嚴格的環保政策，各企業應該建立以實現超低排放為目標的信心與態度。
然而，要進行超低排放改造需要大量資金，使企業面臨較大的成本壓力，國家也會陸續通過政策性支持，給企業一定的獎勵以及財政支持政策，幫助企業實現減排的目標。
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