煙氣多污染物超低排放協(xié)同治理技術(shù)研究

林歡

（永清環(huán)保股份有限公司，長沙 410330）

引言

我國燃煤電廠的煙氣治理，雖已具備高效脫硝、脫硫、除塵技術(shù)及設(shè)備，但普遍采用的治理模式只是針對單項污染物。單一治理模式未充分考慮各污染物控制技術(shù)間的協(xié)同能力，較難達(dá)到超低排放的要求，并會提高設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，增加治污設(shè)備的占地面積，存在高能耗、副產(chǎn)物二次污染等問題。美國、德國、日本等國超低排放協(xié)同治理的經(jīng)驗(yàn)表明，協(xié)同治理技術(shù)高效、經(jīng)濟(jì)。結(jié)合我國燃煤電廠煙氣多污染物的特點(diǎn)，超低排放協(xié)同治理技術(shù)研究具有重要意義。

1 各設(shè)備間的相互影響

1.1 脫硝系統(tǒng)對其他設(shè)備的影響

通過降低氧氣含量和火焰溫度達(dá)到減少NOx產(chǎn)生的低氮燃燒，不完全燃燒會增加飛灰含碳量，造成設(shè)備磨損、燒壞、積灰等問題[1]。采用SCR脫硝，飛灰會使催化劑因磨損、堵塞、失活而失效。煙氣經(jīng)過催化劑，SO3濃度會增加，產(chǎn)生的黏性沉積物銨鹽會造成除塵器的堵塞和腐蝕。脫硝系統(tǒng)氨逃逸或噴氨系統(tǒng)噴氨不均造成的局部氨逃逸，都會增加粉塵中的無機(jī)氨含量，造成除塵器極板、極線、濾袋處板結(jié)。

1.2 除塵系統(tǒng)對其他設(shè)備的影響

濕法脫硫?qū)θ肟诜蹓m濃度要求較高。除塵器出口煙氣的粉塵含量直接影響脫硫塔的脫硫效率[2]。當(dāng)除塵器出口粉塵濃度過高時，粉塵會影響氣液兩相的接觸面，增大傳質(zhì)阻力，影響脫硫效率。粉塵中的酸不溶物也會影響石膏的色度、純度、重金屬含量。煙氣中的粉塵過量，也會對脫硫設(shè)備如吸收塔、增壓風(fēng)機(jī)、攪拌器、除霧器等造成磨損，影響設(shè)備的使用壽命。

1.3 脫硫系統(tǒng)對其他設(shè)備的影響

脫硫系統(tǒng)如煙氣流速過高，少數(shù)漿液會被帶入除霧器和GGH，造成結(jié)垢和堵塞。不設(shè)GGH，完成脫硫后的吸收塔出口煙氣溫度較低，會產(chǎn)生冷凝酸。冷凝酸會腐蝕脫硫系統(tǒng)出口后的尾部煙道和煙囪。脫硫后的煙氣中的SO3和漿液滴會形成“石膏雨”，造成環(huán)境污染。

2 國外超低排放協(xié)同治理技術(shù)

國外的煙氣多污染物協(xié)同治理技術(shù)較成熟。日本、美國、德國的脫硝、脫硫、除塵超低排放協(xié)同治理技術(shù)路線主要如下。

2.1 日本煙氣污染物協(xié)同治理技術(shù)路線

2.2 美國煙氣污染物協(xié)同治理技術(shù)路線

2.3 德國煙氣污染物協(xié)同治理技術(shù)路線

借鑒國外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，需結(jié)合我國燃煤電廠的工程特點(diǎn)，制定適合國內(nèi)的燃煤電廠煙氣多污染物超低排放協(xié)同治理技術(shù)。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某公司1×130t/h+2×150t/hCFB鍋爐煙氣超低排放改造項目，采用SNCR脫硝系統(tǒng)，原SNCR脫硝裝置制備及輸送為公用系統(tǒng)；除塵系統(tǒng)為電袋復(fù)合除塵器，三電一袋；脫硫系統(tǒng)采用爐內(nèi)噴鈣干法脫硫。根據(jù)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》[3]，該鍋爐煙氣出口參數(shù)無法適應(yīng)新的環(huán)保要求，需進(jìn)行超低排放改造。改造后煙氣污染物排放濃度需達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣主要參數(shù)見下表。

煙氣脫硫入口煙氣參數(shù)表

3.2 超低排放協(xié)同治理技術(shù)路線

根據(jù)煙氣參數(shù)可知，改造脫硝效率為75%、脫硫效率為98.3%、除塵效率為90%。工程改造場地有限，原SNCR脫硝系統(tǒng)后增加SCR脫硝系統(tǒng)。新建石灰石-石膏脫硫系統(tǒng)+濕式電除塵器一體塔，一爐一塔設(shè)置。改造后煙氣多污染物超低排放協(xié)同治理技術(shù)路線為：

3.3 技術(shù)分析

3.3.1 SNCR+SCR組合脫硝系統(tǒng)

選擇性非催化還原工藝（SNCR）在溫度750℃～900℃區(qū)間，可直接通過爐內(nèi)噴注還原劑，將NOx還原成N2。SNCR脫硝設(shè)備簡單，投資少，但效率較低，脫硝效率在30%～50%。增加藥劑的噴入量，可提高NOx的去除效率。但氨過量，氨逃逸會造成二次污染。選擇性催化還原工藝（SCR）是指在催化劑的作用下，通過噴注氨或尿素等還原劑，選擇性地將NOx還原成N2。SCR的脫硝效率較高，可到80%～90%。在SNCR脫硝后，增加SCR脫硝系統(tǒng)，煙氣通過時與催化劑充分接觸，進(jìn)一步提高脫硝效率，也可使氨逃逸降到最低。

該項目采用“SNCR+SCR”煙氣脫硝系統(tǒng)，采用尿素作為還原劑。前段為原有SNCR脫硝工藝系統(tǒng)，以爐膛為脫硝反應(yīng)器；后段為該工程新增的SCR工藝，SCR反應(yīng)器布置在省煤器之間，煙氣自高溫省煤器出口引出，經(jīng)SCR脫硝后返回低溫省煤器。SCR反應(yīng)器布置在爐后10～30m標(biāo)高空間，自地面立獨(dú)立鋼架支撐，保證無水平力傳遞給鍋爐鋼架。SCR脫硝采用尿素作為還原劑，選擇蜂窩式催化劑，催化劑采用1+1層的布置模式。為使煙氣流經(jīng)反應(yīng)器時分布均勻，利用計算機(jī)對反應(yīng)器進(jìn)行流場分析優(yōu)化。反應(yīng)器入口設(shè)置氣流均布裝置，入口及出口段設(shè)置導(dǎo)流板，使煙氣流經(jīng)反應(yīng)器時阻力盡可能小。在每臺爐脫硝反應(yīng)器入口安裝實(shí)時監(jiān)測裝置，每臺爐的脫硝反應(yīng)器出口安裝氨逃逸和CEMS裝置。

3.3.2 石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)

石灰石-石膏濕法脫硫工藝是目前應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性好，具有脫硫效率高、對煤種變化適應(yīng)性強(qiáng)、吸收劑資源豐富、脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用等特點(diǎn)。本次改造總平面布置盡量減少占地面積，新建石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)+濕式電除塵器一體塔，一爐一塔設(shè)置。單塔設(shè)3層噴淋層，采用高效雙向空心錐噴嘴，覆蓋率達(dá)300%。第一層噴淋層下方設(shè)置一層篩板式均流托盤，可均布吸收塔內(nèi)的氣體流速，避免煙氣流速局部高的情況，增加煙氣在吸收塔的停留時間，延長氣液接觸時間，提高吸收塔的脫硫除塵效率。在吸收塔第一層和第二層、第二層和第三層噴淋層之間各設(shè)一層提效環(huán)，最大限度降低能耗。噴淋層上方設(shè)置二級屋脊式除霧器，每級除霧器底部設(shè)置沖洗管和噴嘴。用于沖洗除霧器元件，防止堵塞。

3.3.3 電袋復(fù)合除塵器+濕式除塵器組合除塵系統(tǒng)

保留原電袋復(fù)合除塵器作為一級除塵，利用電場作用收集80%左右的粗顆粒粉塵。剩余的細(xì)微顆粒被荷電后，在電荷異性相吸的作用下組成大粉塵團(tuán)，袋式除塵作為二級除塵，過濾收集剩余20%左右的粉塵，減少高濃度粉塵對脫硫系統(tǒng)的影響。新建吸收塔的塔頂布置濕式除塵器，采用管式除塵器，立式布置，最大程度減少煙氣阻力；管式除塵器的收塵極采用重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好的導(dǎo)電玻璃鋼材料，蜂窩狀模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，占空間小，減輕吸收塔承重荷載；采用間歇式?jīng)_洗，無廢水產(chǎn)生，不會造成二次污染。濕式除塵器布置在濕法脫硫后方，可協(xié)同處理濕法脫硫后的硫酸霧、PM2.5、重金屬離子等，從而達(dá)到粉塵超低排放。

3.3.4 運(yùn)行情況

某公司1×130t/h+2×150t/h CFB鍋爐煙氣超低排放改造項目完成168h調(diào)試后投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凈煙氣出口NOx質(zhì)量濃度＜15mg/Nm3、SO2質(zhì)量濃度≤10mg/Nm3、煙塵排放濃度＜5mg/Nm3，煙氣處理能力和效果均達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

超低排放改造后，運(yùn)行情況表明：

（1）采用SNCR+SCR組合脫硝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高效脫硝，保證煙囪出口NOx濃度≤50mg/Nm3。氨總逃逸率≤3ppm，避免氨逃逸影響脫硫效率和除塵器結(jié)垢。

（2）充分利用成熟可靠的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，采用高效噴淋系統(tǒng)、板式均流托盤、提效環(huán)等新型脫硫工藝，可提高脫硫效率。保證煙囪出口SO2濃度≤50mg/Nm3。采用2層屋脊式除塵器，使除霧器出口液滴含量≤20mg/Nm3，可減輕濕式除塵器的壓力。

（3）常規(guī)干式除塵器+濕法脫硫很難達(dá)到出口煙塵濃度＜5mg/Nm3。電袋復(fù)合除塵器+濕法脫硫后加裝濕式除塵器，在保證粉塵出口濃度的同時，也可協(xié)同處理濕法脫硫后的硫酸霧、PM2.5、重金屬離子等。

（4）SNCR+SCR組合脫硝+電袋復(fù)合除塵器+石灰石-石膏濕法脫硫+濕式除塵器的協(xié)同控制路線，可實(shí)現(xiàn)煙氣多污染物超低排放。