燃煤鍋爐煙氣深度治理技術(shù)的研究與應用

劉 娜， 王欣榮

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦， 河南 平頂山 467000)

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燃煤鍋爐煙氣深度治理技術(shù)的研究與應用

劉 娜， 王欣榮

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦， 河南 平頂山 467000)

以平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦燃煤鍋爐煙氣深度治理工程為例，對鍋爐現(xiàn)狀進行了分析，指出了布袋除塵+濕法脫硫的組合工藝可以有效去除鍋爐煙氣中煙塵和二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染，滿足新的排放要求，具有技術(shù)先進、脫硫除塵效果佳，經(jīng)濟效益好等特點。

燃煤鍋爐； 煙氣治理； 脫硫； 除塵

1　引言

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦(以下簡稱一礦)北山鍋爐房內(nèi)現(xiàn)有三臺4T/h鍋爐(二用一備)，主要為冬季職工洗澡、供暖及井筒加熱提供服務。鍋爐房位于平頂山市區(qū)北部，距離市區(qū)較近，且位于市區(qū)的上風向，鍋爐煙氣對周圍環(huán)境影響較大。因原有煙氣治理系統(tǒng)處理效率低，凈化后的煙氣排放濃度無法達到新的排放要求。

根據(jù)平頂山市“藍天工程”規(guī)劃及一礦“十二五”污染物總量削減要求，為了減少鍋爐煙氣排放對周圍環(huán)境的污染，進一步改善全市環(huán)境質(zhì)量，保證鍋爐煙氣達標排放，一礦對鍋爐煙氣深度治理技術(shù)進行了研究應用，以保證鍋爐在使用時可以做到達標排放，工程于2015年11月完工投入使用。

2　研究方法

因一礦鍋爐小，且要求煙塵排放濃度低于30 mg/m3，二氧化硫排放濃度低于200 mg/m3，因此除塵只有采用布袋除塵。鑒于現(xiàn)場位置十分緊湊的制約，布袋除塵器只有放在原有旋風除塵器位置處。脫硫采用濕法脫硫。在進行濕法脫硫時，因鍋爐房四周位置十分有限，故為其三臺鍋爐設計兩臺布袋除塵器、兩臺脫硫塔，使三臺鍋爐形成兩兩互為備用。

2.1除塵器的選擇

根據(jù)一礦三臺鍋爐的實際情況，采用PPC氣箱式脈沖袋式除塵器。該除塵器是一種干式高效除塵器，它利用纖維編制物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物。其作用原理是塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截，細微的塵粒(粒徑為1μm 或更小)則受氣體分子沖擊(布朗運動)不斷改變著運動方向，由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運動的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞接觸而被分離出來[1]。

根據(jù)丹尼斯和卡萊姆提出的一系列方程，以預測袋式除塵器的顆粒物出口濃度和穿透率[2]，根據(jù)理論聯(lián)系本工程先進設計工藝，袋式除塵器的顆粒物出口濃度計算如下：

ρ2=[Pns+(0.1-Pns)e-aw]ρ1+ρR

Pns=1.5×10-7×exp[12.7(1-e1.03v)]

α=3.6×10-3v-4+0.094

其中：ρ2為顆粒物出口濃度，g/m3；Pns為無量綱常數(shù)；v為表面過濾速度，m/s；本工程設計氣布比取值0.78 m3/m2/min；ρ1為顆粒物入口濃度，g/m3， 袋式除塵器入口含塵濃度ρ1<800 g/m3；ρR為脫落濃度(常數(shù))，g/m3,丹尼斯和卡萊姆采用的ρR為0.5 mg/m3;W為顆粒物負荷，g/m2。

根據(jù)公式計算得顆粒物出口濃度9 mg/m3。根據(jù)計算袋式除塵器的除塵效率為99.95%，因此保證除塵效率99.95%是可行的。

2.2脫硫方式的選擇

目前世界上煙氣脫硫技術(shù)(FGD)有上百種，但對小型鍋爐采用最多的是濕法煙氣脫硫技術(shù)，其總裝機容量占世界脫硫總裝機容量的80%以上，其中石灰石-石膏法、鈉法、雙堿法、鎂法、氨法和海水法是目前世界上應用比較廣泛的濕法煙氣脫硫技術(shù)[3]。

雙堿法煙氣脫硫工藝是為了克服石灰石-石灰法容易結(jié)垢的缺點而發(fā)展起來的。它先用堿金屬鹽類的水溶液吸收SO2，然后在另一個石灰反應器中用石灰或石灰石將吸收SO2的溶液再生，再生后的吸收液再循環(huán)使用，最終產(chǎn)物以亞硫酸鈣和石膏形式析出。由于在吸收和吸收液處理中，使用了不同類型的堿，故稱為雙堿法。

雙堿法明顯優(yōu)點是，由于采用液相吸收，從而不存在結(jié)垢和漿料堵塞等問題；另外副產(chǎn)的石膏純度較高，應用范圍更廣泛一些。根據(jù)以上分析，雙堿法不但脫硫效率高和運行可靠性高，而且在一次性投資和運行費用方面也有很大的優(yōu)勢，也不會造成二次污染，因而是更加適合我國國情的一種成熟工藝。結(jié)合一礦的具體情況，故在該煙氣脫硫項目中采用雙堿法工藝。

3　主要工藝參數(shù)

3.1除塵器主要參數(shù)

布袋除塵器設備參數(shù)如表1。

3.2脫硫系統(tǒng)主要參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場位置將漿液循環(huán)置于脫硫塔內(nèi)底部，在脫硫塔內(nèi)形成再生。建設二臺脫硫塔，通過煙道將三臺鍋爐煙氣連通進入兩臺脫硫。脫硫塔設在鍋爐房南側(cè)現(xiàn)有澡堂位置處。脫硫塔直徑設為φ2.5 m，高8.8 m，漿液池高度2 m，塔內(nèi)氣流上升速度0.85 m/s。

3.2.1漿液系統(tǒng)

吸收塔漿液最佳pH值在5.6～5.8之間，pH值是由吸收塔中補充的石灰石漿液的量決定的。而加入吸收塔的石灰石漿液的量的大小將取決于預計的鍋爐負荷、SO2含量以及實際的吸收塔漿液的pH值。設置在吸收塔旁的在線pH值探頭將測量吸收塔漿液的pH值。 原煙氣穿過吸收塔時，蒸發(fā)并帶走的吸收塔中的水分以及脫硫反應生成物帶出水，將導致吸收塔漿液的固體濃度增大。該漿液密度將通過返回濾液調(diào)節(jié)。

脫硫反應的產(chǎn)物與加入的石灰石漿液和密度調(diào)節(jié)水，在吸收塔漿液池中形成一種新的漿液。吸收塔石膏漿液由石膏排出泵泵入石膏旋流器中。吸收塔頂部設有放空閥，在正常運行時閥門是關閉的。當FGD裝置停運時，閥門開啟以消除在吸收塔氧化風機還在運行時或停運后冷卻下來時產(chǎn)生的與大氣的壓差。

3.2.2氧化空氣系統(tǒng)

煙氣中本身含氧量不足以氧化反應生成的亞硫酸鈣。因此，需提供強制氧化系統(tǒng)為吸收塔漿液提供氧化空氣。氧化系統(tǒng)將把脫硫反應中生成的半水亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O)氧化為2水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)即石膏。氧化空氣系統(tǒng)將為這一過程提供氧化空氣。

每套吸收塔的氧化空氣系統(tǒng)由2臺羅茨式氧化風機(1運1備)及氧化空氣分布系統(tǒng)組成。氧化空氣分布系統(tǒng)含氧化空氣噴槍及相應的管道、閥門。 氧化空氣通過氧化空氣噴槍和吸收塔側(cè)進式攪拌器的作用均勻地分布在吸收塔底部反應漿液池中，將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。

3.2.3吸收劑制備系統(tǒng)

鈉鹽或石灰石粉進入石灰石漿液池，與工藝水配制成一定濃度的石灰石漿液，制成的石灰石漿液通過石灰石漿液泵送到吸收塔，并以煙氣負荷，進口SO2濃度和pH值通過一個控制閥控制石灰石漿液進入吸收塔的量。吸收劑供應系統(tǒng)滿足FGD所有可能的負荷范圍。

3.2.4漿液排放回收系統(tǒng)

排水坑用來收集FGD系統(tǒng)正常運行，清洗和檢修中產(chǎn)生的排出物。排水坑一滿，排水坑泵自動將其中的液體輸送至吸收塔或事故漿液箱。 事故漿液箱用于儲存吸收塔檢修，小修，停運或事故情況下排放的漿液，通過石膏排出泵將吸收塔中的漿液輸送到事故漿液箱中。通過事故漿液泵，漿液可從事故漿液箱輸送回到吸收塔。 設置事故漿液箱1個，φ2.4 m×2.5 m,有效容積：10 m3，事故漿液箱設置一臺攪拌器。設置2臺事故漿液箱泵，流量：10 m3/h，2臺泵同時運行可將漿液返回到吸收塔的時間不大于8 h。設置吸收塔排水坑及攪拌器2套，排水坑泵2臺。

3.2.5煙氣系統(tǒng)

原經(jīng)過布袋除塵器的煙氣自引風機出口引出，通過新建鋼煙道，分別進入吸收塔，從吸收塔出來的凈煙氣分別進入原煙囪排放。

原經(jīng)過布袋除塵器的煙氣經(jīng)引風機升壓后，煙氣經(jīng)過吸收塔的入口向上流動穿過噴淋層。在此，煙氣被冷卻、洗滌、飽和，煙氣中的SO2、HCl、HF以及部分SO3等被吸收，灰塵被洗滌。經(jīng)過噴淋洗滌的凈煙氣進入原煙囪。

4　結(jié)果與討論

對煙囪進、出口煙氣進行監(jiān)測，連續(xù)監(jiān)測3 d，每隔8 h監(jiān)測一次。 監(jiān)測情況見表2和表3。

表2　出口煙氣監(jiān)測表(SO2)

經(jīng)過治理，煙塵由進口的1800 mg/Nm3可降低至8 mg/Nm3，二氧化硫由進口的1300 mg/Nm3可降低至130 mg/Nm3，遠遠低于《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2001)的排放要求。因主要運行時間為冬季，按每年運行200 d計算，每年可少排放煙塵156.8 t，少排放二氧化硫97.24 t，減少了對周圍環(huán)境的污染，有效提高周圍的大氣環(huán)境質(zhì)量，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

5　結(jié)論

一礦燃煤鍋爐煙氣深度處理采用布袋除塵+濕法

表3　出口煙氣監(jiān)測表(煙塵)

脫硫的組合工藝，可以有效去除鍋爐煙氣中煙塵和二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染，滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2001)的排放要求。該技術(shù)具有技術(shù)先進、脫硫除塵效果佳、經(jīng)濟效益好等特點，實踐證明，在工程應用中除塵效率可達99%，脫硫效率可達85%以上，環(huán)境效益比較顯著。

[1]席穎. 氣箱式脈沖噴吹袋式除塵器的清灰機理[J]. 江西建材，2014(1):204～205.

[2]張錦. 氣箱式脈沖袋式除塵器在電石生產(chǎn)過程中的應用[J]. 工程建設，2011，43(2):52～55.

[3]唐家彬，李茹，王歡，等. 濕法煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀分析[J]. 廣東化工，2015，42(2):93～94.

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[5]吳忠標. 燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫設施運行與管理[M]. 北京：北京出版社，2006.

2016-05-25

劉娜(1980—)，女，助理工程師，主要從事礦山環(huán)境保護相關工作。

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1674-9944(2016)14-0121-03