集中供熱脫硫除塵降硝新技術(shù)的實踐

前言

我國是產(chǎn)煤大國，燃煤供熱成本是燃氣供熱成本的三分之一。但是，日益嚴重的空氣污染問題困擾著國人。為了解決灰霾，繼北京拆除燃煤供熱鍋爐，“煤改氣”后，2012年煤都烏魯木齊市也宣布“煤改氣”，全國很多大城市都計劃采用燃氣供熱。對于“煤改氣”，中華環(huán)保聯(lián)合會能源環(huán)境專業(yè)委員會副會長兼專家組組長王雅珍教授有著自己不同的見解，她深知“煤改氣”有很多不利因素，其最主要和最重要的一點是環(huán)保問題。由于燃氣熱值高，燃燒時爐溫大于1000℃，空氣中大于78%的氮氣和21%的氧氣在爐溫大于1000℃時自然產(chǎn)生氮氧化合物（燃煤鍋爐的爐溫一般在850℃～950℃），也就是硝。脫硝比脫硫要難，費用極高，是致癌物之一，對人類健康有著一定的危害。

一、脫硫除塵降硝技術(shù)從理論到實踐的跨越

王教授1995～1998年與上海交通大學(xué)合作研究半干法脫硫除塵（可降硝50%以上），設(shè)備雖好，但不適用于供熱采暖鍋爐。隨著灰霾日益嚴重，王教授從2005年開始研究適用于北方供熱采暖系統(tǒng)的脫硫除塵裝置。至2008年YZ型旋流混合式脫硫除塵塔的構(gòu)思和設(shè)計基本完成，但是找不到實驗單位。因為YZ型旋流混合式脫硫除塵塔脫硫除塵效率高，在室外溫度≥-4℃時基本看不到鍋爐冒煙冒氣，在寒冷天氣冒少量白水汽，不需要建高煙囪。但是，不建高煙囪一般環(huán)保局不批準投建，過不了環(huán)評。經(jīng)過幾次碰壁，2013年4月，王雅珍教授各項技術(shù)申請成功獲批在齊齊哈爾市成立“齊齊哈爾昱峰供熱有限公司”，她自主研發(fā)的五項科技成果將有可能全部應(yīng)用在齊齊哈爾市，但是，齊齊哈爾環(huán)保局不批準建沒有煙囪的鍋爐房，要求建45m以上的煙囪。無奈之下，王教授決定自籌資金在供熱煙塵肆虐的黑龍江省清河林業(yè)局建立集中供熱，實現(xiàn)保護碧水藍天的環(huán)保理想。

清河林業(yè)局原有6座供熱鍋爐房，地暖和掛暖混供，根本無法保證掛暖的供熱質(zhì)量。王雅珍教授廢棄了全部舊鍋爐，投建了擁有2臺46MW熱水鍋爐的集中供熱熱源廠（供熱面積可覆蓋180萬平方米），投建4000m×2一次管網(wǎng)，改進新增了2300m×2的二次管網(wǎng)，投建7個換熱站，站內(nèi)將地暖和掛暖分開，擁有5套掛暖水系統(tǒng)和7套地暖水系統(tǒng)。由于掛暖和地暖分家，新增和改造2400m×2的二次管網(wǎng)。

二、以數(shù)據(jù)說話

經(jīng)過一個采暖期的運行，王教授研發(fā)的五項技術(shù)得到成功驗證，并獲得了清河鎮(zhèn)百姓的認可。同時王教授在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)脫硫除塵塔在耐磨、防酸腐蝕上存在一些問題，必須采用高耐酸腐蝕、耐高溫和高耐沖擊磨擦的特殊材質(zhì)制作脫硫除塵塔，以及采用高耐酸腐蝕和高耐沖擊磨擦的特殊涂料保護脫硫除塵塔。

1.濕法運行時YZ-65旋流混合式脫硫除塵塔測試結(jié)果

王教授設(shè)計的脫硫除塵降硝塔設(shè)計除塵率≥98%，除塵后煙塵濃度<30mg/L，脫硫率>90%，降硝率>70%。該技術(shù)設(shè)備通過哈爾濱市通河縣清河林區(qū)昱真供熱公司兩臺46MW（相當(dāng)于65t/h的蒸汽鍋爐）熱水鍋爐2013～2014年采暖年度的實踐檢驗，除塵率≥94.5%，脫硫率≥85.3%，降硝率≥70.4%。黑龍江省環(huán)科院檢測中心2014年4月4日測試結(jié)果見表1。

測試結(jié)果說明：空氣預(yù)熱器出口煙溫75℃，煙氣流量150 000m3/H。

（1）由于冬季周邊城鎮(zhèn)石灰窯從10月份停產(chǎn)，購買的脫硫劑生石灰含量<30%，影響脫硫和降硝效果，如果生石灰含量≥80%，則脫硫率≥90%以上。

（2）測試除塵率≥94.5%，此數(shù)值遠低于實際除塵率。設(shè)計除塵率≥98%，煙塵濃度應(yīng)該≤30mg/m3。但是，由于工期短，天氣冷，制作的脫水板不硬化，故沒有安裝脫水板，2014年夏季要安裝特制脫水板，由于沒有脫水板，在煙囪測試處煙氣中含有微小水珠，而水珠含塵，故測試值偏高。待安裝好脫水板后煙塵濃度應(yīng)該≤30mg/m3。在室外-4℃以上溫度時，看不見鍋爐冒煙和冒氣。

2.干法運行時YZ-65旋流混合式脫硫除塵塔測試結(jié)果

對黑龍江省環(huán)科院檢測中心測試的編號HRAES-14-015檢測報告的分析：HRAES-14-015檢測報告是昱真供熱公司一號鍋爐的YZ型旋流混合式脫硫除塵塔放凈塔內(nèi)水后，在無水和不投加脫硫劑的情況下測試的除塵、脫硫、脫硝結(jié)果，見表2。

如果鍋爐運行采用低硫煤，鍋爐燃燒爐溫<1000℃，在保證鍋爐二氧化硫和氮氧化合物排放合格的前提下，可以采用干法除塵，實踐證明除塵效果很好，在除塵脫硫零運行費用的情況下，除塵率達到91.56%，脫硫率達到20.99%。

實踐證明，在室外溫度為-4℃以上時，采用干法除塵，基本上觀察不到鍋爐冒煙和冒氣，排放達標。

三、講經(jīng)濟也要講環(huán)保指標

目前全國供熱鍋爐房基本采用水膜除塵和雙堿法脫硫，室內(nèi)或室外設(shè)有循環(huán)水池，脫硫除塵廢水濃縮到一定程度排放到市政廢水系統(tǒng)，對地下水和地表水形成二次污染，導(dǎo)致人類患高血壓、心臟病、腎結(jié)石、膽結(jié)石及誘發(fā)癌癥。由于冬季水池結(jié)冰，水池和脫硫塔的維修量大。

昱真供熱公司2013年購買的是低硫煤，含硫量≤0.2%。昱真公司從2013年10月24日至2014年2月7日采用純自來水做脫硫降硝劑，沒有投加生石灰，脫硫率約在70%，降硝率約在50%，將pH值6.0的酸性脫硫除塵降硝水每隔40分鐘排放到渣槽，與渣槽中pH值≥9的堿性水中和，將渣槽水的pH值控制在7.0左右，防止除渣鏈條發(fā)生腐蝕。鍋爐和一次供熱管網(wǎng)每日補水量僅為2～8噸。YZ型旋流混合式脫硫除塵降硝塔內(nèi)的廢水全部排放到渣槽，鍋爐排污水、除塵器沖灰水、沖地廢水等也全部收集到鍋爐渣槽內(nèi)，進行再利用。廢水在渣槽中濃縮析出以硫酸鈣、碳酸鈣為主體的固體鹽，固體鹽和爐渣用于燒磚。廢水、污水實現(xiàn)零排放。由于鍋爐排污水中含有殘留YZ型防腐阻垢劑，固體廢物不會在渣槽內(nèi)結(jié)塊。

YZ型旋流混合式脫硫除塵塔具有非常大的環(huán)保意義。可應(yīng)用于供熱采暖的燃煤鏈條爐和往復(fù)爐排。可應(yīng)用于全國蒸發(fā)量≤130t/H的蒸汽鍋爐。該設(shè)備投資少、操作簡便、運行費用極低（與國內(nèi)其他脫硫除塵方法相比較而言）、占地少。可以代替燃氣鍋爐，防止發(fā)生灰靄。

YZ型旋流混合式脫硫除塵降硝塔的優(yōu)點具體體現(xiàn)在以下幾方面：

1.設(shè)備造價低。煙氣從鍋爐出來進入多管除塵器，除掉大顆粒塵，再進入YZ型旋流混合式脫硫除塵降硝塔，除掉微小灰塵、二氧化硫和氮氧化合物。

2.運行費用全國最低。采用低硫煤時可以不使用脫硫劑和降硝劑，用自來水就能完成脫硫除塵降硝工作，廢水做渣槽補充水，做到真正的零運行費用。當(dāng)采用高硫煤時，由于渣槽水是堿性水，可以在渣槽內(nèi)進行酸堿中和，大幅度節(jié)約脫硫劑和降硝劑（以生石灰做脫硫劑和降硝劑），大幅度降低運行成本。

3.全國鍋爐房首例廢水零排放，廢水全部利用。

4.做到鍋爐煙囪基本看不見冒煙和冒氣，或僅有少量白水汽。

5.運行操作簡單，是傻瓜型的，適用于供熱企業(yè)。

6.煙塵、二氧化硫、氮氧化合物排放合格。

7.設(shè)備維護費用低。

備注：上海昱真水處理科技有限公司安裝在黑龍江農(nóng)墾總局九三農(nóng)場熱力公司46MW（相當(dāng)于蒸發(fā)量65t/H）熱水鍋爐上的YZ-65旋流混合式脫硫除塵塔通過驗收。

（王雅珍：能源環(huán)境專業(yè)委員會副會長兼專家組組長、上海昱真水處理科技有限公司董事長、上海王雅珍節(jié)能技術(shù)有限公司董事長、哈爾濱通河昱真供熱有限公司董事長、北京聯(lián)合大學(xué)教授）