某煉化企業(yè)自備電廠超低排放改造研究

文_陳星 中國(guó)昆侖工程有限公司

2014年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、原環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》提出“東部地區(qū)現(xiàn)役30萬(wàn)千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、10萬(wàn)千瓦及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”的目標(biāo)。2015年12月2日，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)主持召開(kāi)的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，提出“東部地區(qū)燃煤機(jī)組超低排放改造時(shí)間提前，由原來(lái)的2020年提前至2017年底。”因此，在節(jié)能減排形勢(shì)日益嚴(yán)峻，環(huán)境法規(guī)逐漸完善的背景下，隨著煉化企業(yè)清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式、節(jié)能減排目標(biāo)責(zé)任考核等政策的實(shí)施，企業(yè)自備電廠面臨著更加嚴(yán)峻的環(huán)保壓力，僅靠管理是不夠的，必須要依靠技術(shù)革新來(lái)實(shí)現(xiàn)新的突破，提高節(jié)能減排的技術(shù)水平和管理水平，確保節(jié)能減排考核目標(biāo)的順利完成。對(duì)現(xiàn)有煙氣處理裝置進(jìn)行“超低排放”改造成為企業(yè)自備電廠技術(shù)革新的一種，也符合國(guó)家節(jié)能減排政策和環(huán)境管理發(fā)展要求。

目前，超低排放的技術(shù)路線由高效脫硝、高效除塵、高效脫硫和脫硫后低濃度粉塵高效脫除幾個(gè)部分組成。常用的脫硝方案為低氮燃燒改造或增加催化劑用量來(lái)實(shí)現(xiàn)超低排放，但增加催化劑用量會(huì)增加煙氣中SO2的轉(zhuǎn)換，且增大氨逃逸風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行流場(chǎng)模擬與核算。對(duì)于脫硫超低排放主要是提高現(xiàn)有濕法脫硫塔的脫硫效率，目前成熟的脫硫增效措施有增加噴淋層、持液盤、提效環(huán)和雙塔/單塔雙循環(huán)等技術(shù)，需根據(jù)鍋爐及現(xiàn)有脫硫塔情況選擇合適脫硫改造方案。除塵是超低排放中的一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)有成熟的超低排放除塵工段分脫硫前和脫硫后兩部分組合完成。脫硫前主要有低低溫靜電除塵、旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵、復(fù)合電袋、布袋除塵等技術(shù)方案，僅靠脫硫前除塵是無(wú)法實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放的粉塵要求，還需在脫硫后增加高效除塵。目前，應(yīng)用較成熟的是管束式除塵除霧器超低排放除塵一體化技術(shù)、濕式靜電除塵器3種路線。實(shí)施超低排放后增加設(shè)備或改造脫硫塔均會(huì)增加煙風(fēng)系統(tǒng)阻力，需要對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行核算。本文基于某煉化企業(yè)自備電廠煙氣超低排放改造工程進(jìn)行分析，為其它地區(qū)煉化公司自備電廠提供工程解決方案。

1 工程概況

某煉化企業(yè)自備電廠為460t/h 高溫高壓四角切圓煤粉爐HG-460/9.8-YM21型。現(xiàn)采用選擇性催化還原（SCR）脫硝布袋除塵、石灰石-石膏濕法脫硫進(jìn)行煙氣治理，排放指標(biāo)滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）要求，即SO2＜100mg/Nm3，NOx＜ 100mg/Nm3，粉塵 ＜30mg/Nm3。

2 脫硝改造工藝

目前鍋爐采用第一代百葉窗式水平濃淡低氮燃燒技術(shù)，該技術(shù)煤粉燃盡可能會(huì)較差；水冷壁附近的氣氛還原性強(qiáng)，當(dāng)煤種的含硫較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高溫腐蝕，當(dāng)灰熔點(diǎn)不高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象。本次低氮改造采用第三代百葉窗式水平濃淡燃燒器，與高位分離燃盡風(fēng)系統(tǒng)及多角布置的二次風(fēng)相結(jié)合。該技術(shù)通過(guò)水平濃淡煤粉燃燒與爐內(nèi)空氣垂直分級(jí)燃燒相結(jié)合而形成立體分級(jí)燃燒，能有效降低NOx排放，強(qiáng)化劣質(zhì)煤的燃燒穩(wěn)定性，保證高效燃燒，并拓寬燃料適應(yīng)性。保證省煤器出口NOx排放濃度不大于350mg/Nm3。

SCR脫硝反應(yīng)器目前裝有三層催化劑，其中最下層板式催化劑運(yùn)行已超24000h。現(xiàn)有催化劑實(shí)現(xiàn)超低排放會(huì)嚴(yán)重影響催化劑壽命，且有氨逃逸增加的風(fēng)險(xiǎn)，故本次改造更換最下層催化劑。采用16孔蜂窩式催化劑，每臺(tái)反應(yīng)器用量61m3。

采用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)SCR系統(tǒng)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算分析，以保證進(jìn)入反應(yīng)器的NOx和氨氣達(dá)到良好的湍流混合，確保速度分布、煙氣分布以及還原劑濃度分布合理，系統(tǒng)壓力損失最小。對(duì)現(xiàn)有SCR反應(yīng)器從進(jìn)口煙道的噴氨格柵至反應(yīng)器出口導(dǎo)流板煙道系統(tǒng)均嚴(yán)格按照現(xiàn)有的實(shí)際值進(jìn)行模擬。結(jié)果表明煙氣在SCR反應(yīng)器入口中心位置存在流速洼區(qū)，后續(xù)的整流格柵未充分發(fā)揮作用；煙氣流速分布均勻度不高，速度分布的絕對(duì)偏差已經(jīng)超過(guò)超低排放的要求（Cv＜10%），現(xiàn)有SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣分布均勻度偏低。

本項(xiàng)目對(duì)SCR反應(yīng)器中噴氨格柵、整流格柵及導(dǎo)流板等內(nèi)件進(jìn)行改造，配合低氮燃燒以及增加氨量，實(shí)現(xiàn)超低排放。

3 布袋除塵器改造

布袋除塵器過(guò)濾風(fēng)速0.908m/min，在正常生產(chǎn)中能滿足出口粉塵小于35mg/Nm3的要求，但布袋破損或者單閥蓋旁路閥漏煙氣時(shí)容易造成出口粉塵超標(biāo)。因此本次改造對(duì)布袋除塵器進(jìn)行徹底檢查，更換破損布袋，檢查旁路和花板的密封性，確保粉塵出口達(dá)標(biāo)，并將旁路閥更換為雙閥蓋且增設(shè)密封風(fēng)，密封風(fēng)由風(fēng)機(jī)取自布袋除塵器出口凈氣室中熱的干煙氣，對(duì)雙閥板間進(jìn)行密封。

4 脫硫改造工藝

目前鍋爐煙氣中SO2濃度在1600～1956 mg/Nm3之間。經(jīng)核算，在SO2濃度低于1600mg/Nm3開(kāi)啟三層噴淋可達(dá)到二氧化硫出口低于35mg/Nm3；當(dāng)SO2濃度接近上限時(shí)，開(kāi)啟四層噴淋才可達(dá)到出口低于35mg/Nm3。考慮到本次改造還涉及到粉塵的超級(jí)排放，因此需要增加脫硫塔對(duì)煙氣中的粉塵脫除效果，在脫硫塔增設(shè)一層持液盤，既能在處理高含硫煙氣時(shí)有備用噴淋循環(huán)泵，還能提高脫硫塔除塵效率。持液盤采用2205合金鋼材質(zhì)，開(kāi)孔率35%，孔徑35mm。

5 高效除塵改造工藝

從投資成本、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性、改造工期并結(jié)合該電廠現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)際情況幾個(gè)方面綜合考慮，本次改造采用管束式高效除塵技術(shù)。

吸收塔頂部原有兩級(jí)屋脊式除霧器，高度為5.495m，不滿足管束式除塵除霧裝置的安裝空間要求，故將吸收塔除霧區(qū)加高2m。更換除霧器后，吸收塔出口粉塵濃度≤5mg/Nm3，達(dá)到煙塵超低排放。管束裝置為A型，采用改性高分子材料，壁厚4mm，規(guī)格φ450×2600mm。

6 超低排放改造效果

某煉化企業(yè)自備電廠完成超低排放改造后，設(shè)備運(yùn)行情況良好，性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且運(yùn)行能耗在國(guó)內(nèi)同類型企業(yè)中處于領(lǐng)先水平。表1為某煉化企業(yè)自備電廠煙氣總排出口監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

表1 某煉化企業(yè)自備電廠排放監(jiān)測(cè)指標(biāo)

7 結(jié)論

本文提出了針對(duì)460t/h燃煤鍋爐“低氮燃燒改造+SCR增加備用層催化劑+脫硫塔內(nèi)增加持液盤+管束式高效除塵器”的超低排放改造方案，并在某煉化企業(yè)自備電廠超低排放改造中得到全面驗(yàn)證，得出結(jié)論：①低氮燃燒是一種有效控制氮氧化物排放的手段，配合SCR系統(tǒng)可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)氮氧化物的超低排放。②持液盤對(duì)脫硫效果具有多重有利作用，通過(guò)對(duì)脫硫塔入口煙氣的均勻分布，提升脫硫塔的吸收效果，還提高了傳統(tǒng)噴淋塔的除塵效率。管束式除塵除霧器具有投資低，運(yùn)行成本低，改造工程少，工期短等優(yōu)點(diǎn)，可滿足煙塵的超低排放。③超低排放改造完成后，某煉化企業(yè)自備電廠每年新增減排量NOx為1281t/a，SO2為974.6t/a，煙塵為300t/a，環(huán)境效益和社會(huì)效益突出。