小型燃煤鍋爐和熱風爐煙氣脫硫脫硝及除塵技術應用——以山西省陽煤集團新景礦蘆湖南熱風房改造設計為例

段建田

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000)

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小型燃煤鍋爐和熱風爐煙氣脫硫脫硝及除塵技術應用
——以山西省陽煤集團新景礦蘆湖南熱風房改造設計為例

段建田

(山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西 陽泉 045000)

介紹了小型燃煤鍋爐脫硫脫硝及除塵方法，通過工程實例對工藝進行了分析，結果表明，采用多管除塵器+噴淋散射塔處理設備，煙氣的除塵處理效率為99.5%，脫硫效率為94%，采用SNCR脫硝技術，脫硝效率為50%。該工藝運行自動化程度高，是一種發展前景較好的煙氣處理工藝。

煙氣；脫硫脫硝；噴淋散射塔；SNCR

山西陽煤集團小型燃煤熱風爐、燃煤鍋爐數量較多，布點分散，目前絕大多數鍋爐的脫硫除塵系統為濕式旋流板麻石除塵器，煙塵排放濃度達不到《鍋爐大氣污染物排放標準》 (GB 13271-2014)的要求，急需尋求新的可靠技術來解決這一問題。針對陽煤集團小型鍋爐、熱風爐的煙氣治理項目，通過擬采取的脫硫脫硝除塵技術，能使煙氣的煙塵、SO2、NOX濃度達標排放，我們選取了新景蘆湖南作為技術應用點，新景礦蘆湖南風井熱風爐煙氣治理后達到《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 13271-2014)標準(NOX<300mg/m3、SO2<300mg/m3、顆粒物<50mg/m3)要求[1]。

1 國內外研究開發現狀和發展趨勢

1.1 燃煤煙氣脫硫技術

國內外控制SO2排放的重點是控制與能源活動有關的排放。控制方法有：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、末端尾氣脫硫(煙氣脫硫)。按照脫硫方式和產物的處理形式劃分，煙氣脫硫技術可分為濕法、半干法、干法三類，其中，濕法脫硫約占脫硫技術的85%。目前世界上采用煙氣脫硫系統最多的國家有美國、德國、日本[2]。

1.2 燃煤煙氣脫硝技術

控制NOX排放的技術措施可以分為兩大類：一是所謂的源頭控制，其特征是通過各種技術手段，控制燃燒過程中NOX的生成反應：另一類所謂的尾部控制，其特征是把已經生成的NOX通過某種手段還原為N2，從而降低NOX排放量。低NO燃燒技術措施一自是應用最廣泛的措施，主要方法有空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、低氮燃燒、濃度偏差燃燒、煙氣再循環等。與尾部控制脫硝相比，低氮燃燒法簡單易行，可方便地用于現存裝置，但NO的降低幅度十分有限，且燃燒熱損失較多[3]。

煙氣脫硝技術與NO的氧化、還原及吸附特性有關，可分為干法和濕法，目前有兩類商業化的煙氣脫硝技術，選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。

總結以上脫硫技術及脫硝技術可知，傳統的脫硫工藝或脫硝工藝一個設備主要治理一種污染物，其占地面積大、一次投資和運行成本高。若要同時脫硫脫硝，則需安裝兩種不同的設備，企業將不堪重負。因此，傳統的大氣污染物治理思路已到了迫切需要轉變的關鍵時刻，為了降低煙氣凈化費用，適應國內企業的需求，開發同時脫硫脫硝的新技術、新設備已成為煙氣凈化技術發展的總趨勢。

2 原始設計參數

針對新景礦蘆湖南現有5臺型號為ZRL-2.8/w的燃煤熱風爐，根據陽泉地區實際煤質，采用以下煤質參數進行分析計算：硫分2%，灰分20%，低位發熱量20900kJ/kg(5000kcal/kg)。

根據以上煤質參數，經理論計算，燃煤熱風爐煙氣原始排放濃度為：顆粒物3959.2mg/m3，二氧化硫3167.4mg/m3，氮氧化物500～600mg/m3。

3 煙氣治理工藝流程

熱風爐排出的煙氣先進入空預器，與冷空氣換熱后降溫至150℃以下，降溫后的煙氣進入陶瓷多管式除塵器進行初步除塵(除塵效率在80%以上)，接著通過引風機將煙氣送入噴淋散射塔，噴淋散射塔內煙氣中的細小煙塵顆粒及SO2被脫除，煙氣帶水滴量也降至75mg/Nm3以下，凈化后的煙氣通過防腐的凈煙道進入原水平磚砌煙道，再通過煙囪排入大氣。

噴淋散射塔入口處1m采用碳鋼內襯不銹鋼，噴淋散射塔及出口凈煙道采用碳鋼襯玻璃鱗片。

4 系統設計

4.1 設計內容

新景礦蘆湖南熱風爐房煙氣治理設計：①除塵采用陶瓷多管式除塵器+噴淋散射塔二級除塵；②脫硫采用雙堿法，對原有控制系統進行優化和改造，提高自動化水平，使系統的穩定性和可靠性大大提高。脫硫塔采用成熟可靠的噴淋散射塔，其優點是脫硫效率高、運行費用低、對細小塵顆粒極高的捕獲能力、對不同的脫硫工藝和負荷變動有很好的適應性；③脫硝采用爐內噴射尿素脫硝技術，因為目前在熱風爐運行當中沒有相應的實例，所以本次通過在熱風爐爐膛的不同位置布置噴射孔的實驗來設計出最優的方案。若NOX排放濃度降至100mg/Nm3以下，也可采用控溫范圍更廣的QurdriDeNOX高分子爐內脫硝技術來達到排放指標[4-5]。

4.2 工藝特點

4.2.1 脫硫系統設計

脫硫工藝采用雙堿法脫硫工藝，脫硫塔采用成熟可靠的噴淋散射塔，其優點是脫硫效率高、運行費用低、對細小塵顆粒有極高的捕獲能力、對不同的脫硫工藝和負荷變動有很好的適應性。

(1) 噴淋散射塔優點

其脫硫吸收裝置采用—噴淋散射塔技術。而脫硫工藝采用鈉鈣雙堿法(NaR-Ca(OH)2)。采用純堿啟動、鈉堿吸收SO2、石灰再生的方法。較之傳統石灰石法等其它脫硫工藝，它有以下優點：①噴淋散射塔技術除了高效脫硫的特點外，還具有深度除塵的功能。②噴淋散射塔可在30%～110%的負荷波動下也能正常運行，而且吸收劑適應范圍廣泛，可適應氨法、石灰石法、鎂法工藝。③吸收速度快，可降低液氣比L/G，比傳統石灰石噴淋法節省20%以上的電耗。④誘導結晶技術，塔內主要以鈉基清潔吸收，把容易沉淀的離子交換工藝在塔外進行，沉淀結垢的風險移至吸收塔外，所以增加了系統的可靠性。⑤純堿循環利用，提高了脫硫劑的利用率。

(2)噴淋散射塔設備構造

噴淋散射脫硫塔技術是噴淋塔和鼓泡塔脫硫相結合的一種新工藝。這種脫硫工藝可將SO2的吸收、氧化、溶解等工藝過程合并到一個單獨的氣-液-固相反應器中進行。

散射塔是由下倉、中倉和上倉組成。

中倉是由煙道入口、噴淋裝置、上升煙道和煙氣散射器組成，噴淋裝置在對煙氣進行降溫、增濕的同時，可對煙氣進行初步脫硫。

上倉是由煙氣除霧器和煙道出口組成，煙氣除霧器可保證煙氣夾帶水量低于75mg/m3。

(3)噴淋散射塔的脫硫原理

煙氣脫硫的基本原理就是：酸+堿 = 鹽+水，煙氣中的SO2屬于酸，吸收液屬于堿，因此只要能使煙氣中的SO2與吸收液充分接觸就可產生鹽和水，從而使煙氣中的SO2被脫除。噴淋散射塔在進行煙氣脫硫時采用的是噴淋+鼓泡，它完全可以滿足酸堿的充分接觸，以達到煙氣脫硫的目的，同時，還可通過調節吸收液的液位高低，來增減煙氣中的SO2與吸收液的接觸時間，以滿足國家不同時段對煙氣中SO2的排放標準的要求。

其基本化學原理可分為脫硫過程和再生過程。

1)吸收過程：

(1)

(2)

(3)

以上三式視脫硫液酸堿度不同而異：

(1)式為吸收啟動反應式；堿性較高時(pH>9)，(2)式為主要反應，堿性降低到中性甚至酸性時(5

2)再生過程：

(4)

(5)

(4)噴淋散射塔具有低運行成本和低能耗的優點

噴淋散射塔是結合噴淋塔和鼓泡塔的優點而創新的一種新型的吸收塔型，其對煙氣污染物(煙塵、SO2、NOX)的吸收過程可分為二次，第一次吸收(以脫硫為例)是利用噴淋塔脫硫曲線的斜率最大段，即：脫硫效率最高處(液氣比為1～4處)進行煙氣脫硫，同時對進入噴淋散射塔的煙氣還具有降溫、增濕和對散射塔的中倉進行清洗的多重作用；第二次吸收是利用鼓泡塔散射器插入吸收液的深度與脫硫率的關系進行煙氣脫硫，由于鼓泡塔在煙氣脫硫時具有分散相(煙氣中的SO2)對連續相(吸收液)的優點，使得噴淋散射塔具有更好的節能特點和更高的脫硫率。

4.2.2 脫硝系統設計

本次工程中采用SNCR(尿素)脫硝技術，其特點是：占地面積小；相比氨法安全性高；投資省，運行費用較低；相比SCR建設周期短；對熱風爐系統阻力影響小。

SNCR(尿素)系統中主要包括：上料系統(或人工投料)，尿素溶解罐、尿素溶解儲罐、溶液輸送泵，電加熱系統，溶液計量分配系統，空氣冷卻系統，渦流混合噴槍，配套的管道、閥門、電氣自控組成。

(1)工藝流程簡介：

在熱風爐燃燒的煙氣中氮氧化物包含了NO和NO2，而NO占到煙氣中NOX的90%以上。所以脫硝過程以去除NO為主。所以這里僅列出以尿素為還原劑與NO在SNCR下的反應過程。其化學反應方程式為：

總的反應式為：

(6)

從以上反應方程式可以看出，在適當的爐膛溫度下 NOX與還原劑(尿素)反應，生成無害的氮氣、二氧化碳和水。但在式(7)中可以看出，在溫度過高的情況下尿素本身也會被氧化成 NOX，反而會增加NOX的排放。

(7)

(2)脫硝系統設計

1)所以在 SNCR 的技術中，溫度是至關重要的參數。為了更加準確的找到適合的噴射位置，本次工程中每臺熱風爐上計劃分別布設6個噴射點和6個溫度檢測點。

2)尿素溶液配制過程中需配置電伴熱，以防尿素溶解后的再結晶。

3)在整個脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態。若尿素的溶解水和稀釋水(一般為工業水)的硬度過高，在加熱過程中水中的鈣、鎂離子析出會造成脫硝系統的管路結垢、堵塞。因此，必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。

4.2.3 除塵系統設計

除塵采用XDN陶瓷多管式除塵器+噴淋散射塔二級除塵。

(1)一級除塵：XDN型多管除塵器負荷適應性良好，不會隨著處理風量增加而影響除塵效率。對于不同蒸發量鍋爐的煙氣除塵都可保證一定的除塵效率

(2)二級除塵：煙氣通過噴淋散射塔，可以達到較高的除塵效率。

4.2.4 電氣與控制系統

本工程控制系統，采用西門子S7-300散集中控制系統，系統的控制采用遠程柜的方式來實現。吸收塔控制系統與機組控制系統分散集中之間的所有信號交換(包括：聯鎖、保護以及監視信號)，采用硬接線方式。

分散集中控制系統由操作員站、工業以太網、交換器、以及連接設備的DP電纜和網線組成整體的分散集中控制系統。

分散集中控制系統的功能，包括脫硫數據采集和處理系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)、電氣控制系統(ECS)。

以分散集中控制系統LCD顯示器和鍵盤作為脫硫監視和控制中心，不再設置常規儀表盤。

5 結 論

采用所選用的工藝，處理后煙塵濃度19.8mg/m3，二氧化硫濃度190mg/m3，NOX的濃度300mg/m3，除塵處理效率99.5%，脫硫處理效率94%，脫硝處理效率50%。

[1] GB13271-2014，鍋爐大氣污染物排放標準.

[2]王瀟.中小鍋爐燃煤煙氣脫硫脫硝一體化控制技術試驗研究[D].浙江工業大學，2011.

[3]姚盛翔.改進雙堿法同時脫硫脫硝試驗研究[D].浙江工業大學，2011.

[4]韓穎慧.基于多元復合活性吸收劑的煙氣CFB同時脫硫脫硝研究[D].華北電力大學，2012.

[5]王正華.煤粉爐內脫硫脫硝的試驗研究[D].浙江大學，2003.

Small Coal-fired Boiler Flue Gas Desulfurization and Denitration Removal Technology and Blast Applications

DUAN Jiantian

(Shangxi Guochen Construction Engineering Survey and Design Co.，Ltd Shanxi yangquan，045000)

This paper introduces the small coal-fired boiler desulfurization and denitration dust removal method，Through an engineering example of process are analyzed，The results show that the multi-tube dust catcher and spray tower scattering processing equipment，Flue gas dust removal processing efficiency of 99.5%，the desulfurization efficiency of 94%，Adopting SNCR denitration technology，the denitration efficiency of 50%.The operation and a high degree of automation，It′s a good development prospect of flue gas treatment technology.

flue gas；desulfurization denitration；spray tower of scattering；SNCR

段建田，碩士研究生，畢業于西南大學環境科學與工程系

X81

A

1673-288X(2016)06-0135-03

引用文獻格式：段建田.小型燃煤鍋爐和熱風爐煙氣脫硫脫硝及除塵技術應用[J].環境與可持續發展，2016，41(6)：135-137.