陶瓷多管旋風除塵+麻石噴淋脫硫除塵技術在河南油田北區供熱站上的應用
2019-02-14 13:10:42王靖
科學與技術 2019年1期
王靖
摘要：根據北區供熱站燃煤鍋爐煙氣實際排放指標，結合國家和地方政府對煙氣排放相關法律、法規、標準和規范要求指標，考慮到脫硫除塵技術的穩定性、成熟性以及現場位置等因素，本煙氣脫硫除塵采用陶瓷多管旋風除塵+麻石噴淋脫硫除塵技術;除塵采用陶瓷多管旋風除塵器一級除塵+麻石噴淋除塵二級除塵技術;脫硫采用麻石噴淋脫硫技術。通過改造，使鍋爐大氣污染物達標排放，減少對環境污染，消除安全隱患，降低工人勞動強度，提高企業的社會效益、經濟效益。
關鍵詞：陶瓷多管旋風除塵器;麻石噴淋脫硫塔;鈉鈣雙堿法
1 現狀及存在問題
1.1現狀
1.1.1 供熱站及設備簡介
北區供熱站始建于1990年10月，現有5臺14MW熱水鍋爐和2臺4t/h蒸汽鍋爐，14MW熱水鍋爐生產95℃供暖熱水。擔負著油田中心區域10多個小區、單位的供暖工作。總供熱面積106×104m2，采用熱水一級供暖方式，供熱設計負荷70MW。4t/h蒸汽鍋爐生產低壓蒸汽為干休所提供汽暖，同時直接加熱換熱罐內自來水生產60℃的生活熱水為廣源賓館、干休所、油田賓館提供生活熱水。
1.1.2 煙氣處理工藝及設備
Ⅱ類煙煤和20%油泥在鍋爐爐膛燃燒，產生的熱能被水吸收，產生的煙氣通過煙道進入脫硫除塵設備，再進入引風機，通過煙囪排入大氣。北區供熱站目前煙氣處理采用脫硫除塵一體化處理設備。
1.2存在的問題
1.2.1已有脫硫除塵一體裝置存在安全隱患
脫硫裝置由鋼結構殼體和內襯防腐涂料組成，由于鋼結構殼體和耐酸堿內襯熱膨脹系數不同，熱煙氣導致其變形量不同，引起開裂、脫落，其金屬外殼在酸霧沖刷下，會很快受到腐蝕穿孔，存在安全隱患。
1.2.2現有煙氣處理設備無法滿足新標準指標要求
根據《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）4.2條要求：10t/h以上在用蒸汽鍋爐和7MW以上在用熱水鍋爐2015年10月1日起執行表1規定的大氣污染物排放限值，10t/h及以下在用蒸汽鍋爐和7MW及以下在用熱水鍋爐2016年7月1日起執行行表1規定的大氣污染物排放限值：燃煤鍋爐的顆粒物≤80mg/m3;二氧化硫≤400mg/m3;氮氧化物≤400mg/m3。
自2009年以來，北區供熱站承擔了勘探局含油污泥無害化焚燒的任務，在處置過程中，含油污泥經焚燒后煙塵排放濃度增加，根據相關煙氣測試報告，煙塵測試數據見表1-1。
1.2.3影響供暖鍋爐房的高效、穩定運行
由于脫硫除塵一體化裝置有部分穿孔，引風系統存在負壓吸入外界空氣現象，造成鍋爐引風機引風量不足，鍋爐的正常配風受到影響，燃燒效果得不到保證，進而影響供暖質量。
2 ?脫硫除塵技術應用
本次拆除北區供熱站內5臺14MW熱水鍋爐（單臺煙氣量為48000m3/h）的脫硫除塵一體化裝置，更換為陶瓷多管除塵器+麻石噴淋脫硫塔。
2.1除塵技術應用
2.1.1除塵技術路線確定
目前鍋爐除塵方式主要為旋風除塵器除塵、陶瓷多管除塵器除塵、濕法除塵、布袋式除塵和靜電除塵。其中旋風除塵器除塵、陶瓷多管除塵器除塵2種方法除塵效率為80%;當漏風率≤4%時，陶瓷多管旋風除塵器除塵效率可達到85-90%，漏風率每上升1%，除塵效率下降5%;含油氣煙氣不能使用靜電式除塵器。據燃煤鍋爐有關參數和北區供熱站鍋爐摻燒20%油泥現狀，為了避免油氣粘濾袋增加煙氣阻力，不推薦使用布袋式除塵器。
濕法除塵除塵效率可達到90-95%。根據目前北供14MW熱水鍋爐設計煙塵排放濃度1800-2500mg/m3，2.8MW蒸汽鍋爐設計煙塵排放濃度2000-2500mg/m3。
旋風除塵器、陶瓷多管旋風除塵器除塵后煙塵濃度在200-375mg/m3;濕法除塵除塵后煙塵濃度在200-250mg/m3以內，均不能滿足GB13271-2014中外排煙塵濃度≤80mg/m3的要求。
陶瓷多管旋風除塵器是一種高效除塵器，除塵器效率最高可達90%以上，除塵器本體阻力低于1200Pa。本除塵器負荷適應性好，在70%負荷時，除塵效率在94%以上。正常情況下除塵效率可達到85-90%。單靠該除塵器除塵無法滿足規范要求，依賴于后面的濕法脫硫塔繼續除塵才能滿足GB13271-2014中外排煙塵濃度≤80mg/m3的要求。
根據5臺14MW熱水鍋爐的煙氣量情況，需要除塵量為不小于2420mg/m3。陶瓷多管旋風除塵器正常除塵效率在85-90%，按85%計算，經過該除塵器后，煙塵濃度為375mg/m3，脫硫除塵器一體化塔的除塵效率在90-95%之間，按90%計算，經過脫硫塔后，煙塵濃度為37.5mg/m3。能滿足GB13271-2014中外排煙塵濃度≤80mg/m3的要求。
2.1.2 陶瓷多管旋風除塵技術應用
2.1.2.1除塵器選型
陶瓷多管旋風除塵器是若干個旋風子并聯在一體的旋風除塵器。共同使用進出管道和灰斗。除塵器的進風口氣體流速很重要。一般不低于18m/s。太低，處理效率會降低，還有容易堵塞的危險，太高，旋風子磨損嚴重，阻力明顯增加。陶瓷多管旋風除塵器因沒有轉動件及易損件，所有使用和維護相當方便。
根據使用條件選用陶瓷材料制作旋風子，旋風子是陶瓷多管旋風除塵器的內臟部分。據燃煤鍋爐有關參數和北區供熱站鍋爐摻燒20%油泥特點，為了避免油氣粘旋風管內壁增加煙氣阻力，特采用內壁光滑的陶瓷管，偶爾粘附在陶瓷管瓷面內壁油氣也會被高速旋轉來的煙塵沖刷掉集灰斗。集灰斗下設重錘式卸灰閥，不大于4小時人工卸灰一次。
該除塵器分上下兩件，上部為除塵箱裝置（煙氣進出口法蘭在上部側面連接鍋爐出口煙道、高處的出口法蘭連接引風機），下部為集塵箱落灰斗裝置（含放灰裝置）。當含塵氣體由總進氣管進入陶瓷多管旋風除塵器的氣體分布室，隨后進入陶瓷旋風子和導流片之間的環形空隙時，導流片使氣體由直線運動變為圓周運動，旋轉氣流的絕大部分沿旋風體自圓筒體呈螺旋形向下，朝錐體流動，含塵氣體在旋轉過程中產生離心力，將密度大于氣體的塵粒甩向筒壁。塵粒在與筒壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動量和向下的重力沿壁面向下落入排灰口進入總灰斗。旋轉下降的外旋氣流到達錐體下端位時，因圓錐體的收縮即以同樣的旋轉方向在旋風管軸線方向由下而上繼續做螺旋形流動，經過陶瓷旋風體排氣管進入排氣室，由總排氣口排出。
根據站內5臺14MW熱水鍋爐的煙氣量情況，鍋爐尾部出口煙塵濃度為2500mg/m3，規范要求為不大于80mg/m3，需要除塵量為不小于2420mg/m3，據此計算：14MW熱水鍋爐用陶瓷多管旋風除塵器處理風量為40000-50000m3/h，根據旋流風速16-18m/s，選取旋風子規格為φ360x2300mm，旋風子個數為40個，最終選用XTD-20型陶瓷多管旋風除塵器。
2.2脫硫技術應用
2.2.1脫硫技術路線確定
目前，我國燃煤鍋爐煙氣脫硫技術主要采用燃燒后煙氣脫硫工藝。煙氣脫硫則以濕式脫硫工藝作為主。其中鈉鈣雙堿法適用于中小型鍋爐，脫硫效率較高，可達95%以上。操作運行簡便，無堵塞，不結垢，吸收劑資源豐富，投資較少，占地較小設備維護量較小，但運行費用略高，有大量固體廢棄物（石膏）產生，基本無廢水產生。故采用適用于鍋爐煙氣脫硫的工藝成熟、運行穩定、占地面積小、脫硫效率高、不易磨損、堵塞和結垢的鈉鈣雙堿法，對應的設備為麻石噴淋脫硫塔。
2.2.2脫硫技術應用
2.2.2.1脫硫原理
鈉鈣雙堿法煙氣脫硫技術是利用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液作為啟動脫硫劑，配制好的氫氧化鈉或碳酸鈉溶液直接打入脫硫塔洗滌脫除煙氣中SO2來達到煙氣脫硫的目的，然后脫硫產物經脫硫劑再生池再生成亞硫酸鈉或氫氧化鈉再打回脫硫塔內循環使用。脫硫工藝主要包括5個部分：（1）吸收劑制備與補充;（2）吸收液噴淋;（3）塔內霧滴與煙氣逆流接觸;（4）再生池吸收液再生成鈉基堿;（5）石膏脫水處理。
鈉鈣雙堿法脫硫的化學反應如下：
1）吸收反應
在主塔中以鈉堿溶液吸收煙氣中的SO2：
2NaOH+SO2= Na2SO3 + H2O
由于設計時考慮投堿量略高于實際需要量，吸收液中尚有部分的NaOH，因此吸收過程中還生成亞硫酸氫鈉。
Na2SO3+ SO2+H2O2NaHSO3
2）再生反應
吸收液流到反應池中與加入的石灰料漿反應：
2NaHSO3+Ca（OH）2=Na2SO3+CaSO3·H2O↓+H2O
Na2SO3+Ca（OH）2+H2O=2NaOH+CaSO3·H2O↓
再生后的漿液經鈣鹽沉淀后，Na2SO3清液送回吸收塔循環使用。
3）副反應
吸收過程的主要副反應為氧化反應
Na2SO3+O2Na2SO4
因此在再生過程中Na2SO4發生下列反應
Na2SO4+ Ca（OH）2+2H2O=2NaOH+CaSO4·2H2O↓
但實際上，由于溶液中有相當量的SO或OH存在，Ca的濃度相應很低，所以要使CaSO4沉淀，再生時的OH≤0.14mol，要有足夠高的SO濃度，例如OH濃度為0.1 M，SO濃度為0.5 M，才會產生CaSO4沉淀。
（2）麻石噴淋脫硫塔工作原理：
除塵后的煙氣進入脫硫裝置的低速文丘里管，與噴頭噴出的堿液混合，堿液被煙氣加速上行，遇撞擊擋板后轉向流動，在此過程中煙氣與堿液充分接觸，SO2被堿液吸收，煙氣中的微塵得到進一步凈化，至撞擊擋板后煙氣上行，堿液匯集于隔板上部由泄液管流回堿池，凈化后的煙氣經除霧器脫水后排出。此階段堿液利用率高，由于煙氣中含塵量少，生成物純度高，便于回收利用。
2.3脫硫除塵技術組合應用
5臺陶瓷多管旋風除塵器+5臺麻石噴淋脫硫塔。
該脫硫除塵組和應用技術從設備上能保證達標，需要經常維護陶瓷多管旋風除塵器，尤其是進口法蘭和重力式卸灰閥重點漏風部件，確保漏風率≤4%，否則漏風率每增加1%，除塵效率就會下降5%，直接增加脫硫除塵一體化塔內部阻力和堵塞噴嘴的概率，除塵脫硫指標升高。按煙氣中顆粒物含量2500mg/m3，，陶瓷多管旋風除塵器效率85%計算，除塵器出口顆粒物濃度為375mg/m3，脫硫除塵器一體化塔除塵效率90%計算，脫硫塔出口顆粒物濃度為37.5mg/m3，小于《鍋爐大氣污染物排放標準》2014版國標中規定顆粒物≤80mg/m3，但是維持合格顆粒物標準，需要確保后期運行中除塵器及前后煙道新增加漏風率小于3個百分點。該組合中脫硫除塵一體化塔正常情況下外排二氧化硫≤400mg/m3，滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》2014版國標中規定二氧化硫≤400mg/m3，的要求。
3 ?效果檢查
根據河南石油勘探局環境監測站2015年11月26日對北供鍋爐煙氣的檢測，以北供3#鍋爐脫硫除塵后外排煙氣實測值：煙氣顆粒物≤20.1mg/m3、二氧化硫≤35mg/m3，均低于國標限值：煙氣顆粒物≤80mg/m3、二氧化硫≤400mg/m3。可見顆粒物和二氧化硫均可達標。
4、效益分析
該脫硫除塵技術應用后的的經濟效益和環保效益如下：
（1）經濟效益：該項目為北供節省排污費65萬/供暖季。
（2）環保效益：每個供暖季減排顆粒物210t、二氧化硫239t。2014年4月24日，十二屆全國人大常委會第八次會議表決通過了《中華人民共和國環境保護法修訂案》，被稱為“史上最嚴厲”的新法。《北供脫硫除塵系統整改工程》為河南省環保廳督辦項目，每月檢查一次工程進度，如果不整改將違法。根據第69條：違反本法規定，構成犯罪的，依法追究刑事責任。本工程整改后，不但節約了排污費，還能是業主單位免于環保法行政刑事處罰。
（3）社會效益：北供的脫硫除塵整改前，煙囪冒黑煙，屢次被周邊村民投訴，嚴重的一次是投訴到環保部網站并被受理，使該工程成為省環保廳的督辦項目。該項目實施后，煙囪不再冒黑煙、黃煙，周邊村民沒再投訴，確保了油田和地方的和諧發展。
參考文獻
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