燃煤鍋爐煙氣達特別排放限值處理技術

丁 艷，許登偉，李洪偉，吳斌華，歐吉元

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.青海鴻鑫礦業有限公司，青海 海西 816000）

煤炭在我國一次性能源中的比重高達70%，《區域空氣質量綜合控制體系研究》顯示，極大的能源消費量和以煤炭為主的能源消費結構是我國空氣污染的主要來源，我國SO2排放量的90%，NOX排放量的67%、煙塵排放量的70%均來自于燃煤[1]。截至2017年，全國工業鍋爐約有40.1萬臺，其中燃煤工業鍋爐約30.7萬臺，50%以上的燃煤鍋爐在采暖季使用。為減輕燃煤造成的大氣污染，國家要求重點區域燃煤鍋爐煙氣達特別排放限值排放，為此研究燃煤鍋爐達特別排放限值處理技術具有重要意義。

1 燃煤鍋爐煙氣治理技術

燃煤鍋爐煙氣污染物主要為 SO2、NOX、煙塵等。常用的治理技術有脫硫、脫硝、同時脫硫脫硝及除塵技術。煙氣脫硫技術包含濕法脫硫和干法脫硫兩類，濕法脫硫主要有石灰石/石灰法、海水法、雙堿法等，干法脫硫主要有循環流化床法、活性炭/活性焦催化氧化吸附法、噴霧干燥法等。煙氣脫硝技術主要有選擇非催化還原法、選擇催化還原法、催化分解法等。同時脫硫脫硝技術主要有 NFT法、SNOx法、NOSOx法、SOx-NOx-ROx-BOx法、電子束法、活性炭及活性焦（B-F）法等[2]。煙氣除塵技術主要有機械式除塵、過濾式除塵、電除塵及濕式除塵等[3]。

采用以上治理技術，可實現鍋爐煙氣穩定達《鍋爐污染物排放標準》排放。但隨著國家對燃煤污染物排放管控的日益嚴格，部分重點區域已實施燃煤鍋爐煙氣達特別排放限值排放，本文對北方供暖燃煤鍋爐煙氣達特別排放限值改造進行研究，以期為同行業提供參考。

2 燃煤鍋爐煙氣達特別排放限值技術

北方某企業從事有色金屬礦采選，冬季采用一臺8.4MW燃煤鍋爐為礦山供暖，鍋爐煙氣采用多管除塵及石灰法脫硫達《鍋爐大氣污染物排放標準》后經40m高煙囪排放。為積極響應國家“打贏藍天保衛戰”工作號召，降低燃煤鍋爐煙氣排放對大氣環境質量的影響，企業主動對鍋爐煙氣處理系統進行達特別排放限值改造，2021年投入使用，實現燃煤鍋爐煙氣穩定達特別排放限值排放。

2.1 改造前鍋爐煙氣處理現狀

燃煤鍋爐煙氣經多管除塵及脫硫塔處理后經40m煙囪達標排放。多管除塵器屬于旋風類干式除塵器，除塵器包括放置旋風子的箱體，煙氣的進出口和粉塵收集的灰斗。工作原理是含塵氣體進入除塵器入口，通過導向器，于旋風子內部旋轉，在離心力的作用下，粉塵和氣體分離，粉塵降落在集塵箱內，經鎖氣器排出。經多管除塵后的煙氣進入脫硫塔進一步處理。脫硫塔采用常規石灰法脫硫，石灰的水合物是一種二價堿，SO2是一種酸酐，與水化合生成亞硫酸，石灰脫硫的原理是發生酸堿中和反應，反應原理如下[4]：

煙氣處理系統的脫硫塔頂部設8個噴頭，脫硫劑沉淀池pH控制為12～13，脫硫塔出水口pH控制為10～12。石灰漿液由脫硫塔頂部噴頭噴入，鍋爐煙氣自脫硫塔底部進入，在塔體內上升過程中，與噴淋下的石灰漿液接觸，煙氣中的二氧化硫、氮氧化物與石灰發生化學反應除去，部分剩余顆粒物通過碰撞、粘附得以去除。鍋爐煙氣經多管除塵及石灰法脫硫后排放濃度如表1所示。

表1 鍋爐煙氣處理系統改造前污染物排放情況

2.2 鍋爐煙氣處理系統改造

企業經研究攻關，對鍋爐煙氣處理系統進行以下改造：在多管除塵后增設脈沖布袋除塵器，同時將脫硫堿液由石灰更換為氫氧化鈉，脫硫塔噴頭由8個增加為14個，脫硫劑沉淀池pH控制為12～13，脫硫塔出水口pH控制為10～12，煙氣出口端增設煙氣在線監測系統，對二氧化硫、氮氧化物、顆粒物進行實時監測。

增加的脈沖布袋除塵器由上箱體、中箱體、灰斗、支架、濾袋及噴吹裝置、卸灰裝置等組成。含塵氣體經風冷裝置降溫后從除塵器的風室進入各分室灰斗，并在灰斗導流裝置的導流下，大顆粒的粉塵被分離，直接落入灰斗，而較細粉塵均勻地進入中部箱體而吸附在濾袋的外表面上，干凈氣體透過濾袋進入上箱體，并經各離線閥和排風管排排出。為防止鍋爐高溫煙氣對布袋造成損壞，在鍋爐煙氣進入除塵器前安裝了高溫溫度探頭（1200℃），實時監測鍋爐尾氣溫度變化。鍋爐出風與除塵器的進風管路上設置溫控儀，實時檢測進入除塵器的溫度，確保濾袋安全運行。在除塵器出口管道上可監測最終的出風溫度。通過溫度在線監測，可確保除塵器安全穩定運行。

氫氧化鈉脫硫的機理是脫硫塔內發生酸堿中和反應，反應原理如下：

通過方案制定，設備采購及安裝，鍋爐煙氣處理系統2020年1月全面完成改造，經調試，2021年1月19日正式投用，連續運行1個月的煙氣污染物排放情況如表2及圖1所示。

表2 鍋爐煙氣處理系統改造后污染物排放情況表

圖1 改造后連續運行1個月的污染物排放濃度

由表2及圖1可見，鍋爐煙氣系統改造后連續運行的1個月中鍋爐煙氣中二氧化硫、氮氧化物、顆粒物均優于《鍋爐大氣污染物排放標準》特別排放限值排放，其中二氧化硫可低于100mg/m3。此外，在運行的1個月中，未發生設備堵塞現象。可見，增加脫硫噴頭、將脫硫劑由石灰更換為氫氧化鈉及增設布袋除塵器后，鍋爐煙氣的脫硫除塵效率顯著提高，外排二氧化硫、顆粒物濃度大幅降低。

2.3 污染物處理效率提升的原因分析

2.3.1 顆粒物

改造前，鍋爐煙氣采用多管除塵器處理，多管除塵屬旋風除塵的一種，借助于含塵氣流的離心力將固體粒子從氣流中分離出來，顆粒物去除效率不高，對小顆粒粉塵較難去除，去除效率通常為85%～90%，常用于多級除塵系統的一級除塵。改造后采用多管除塵及布袋復合除塵，利用布袋除塵器對亞微米粒級小顆粒粉塵的凈化優勢，對多管除塵后余留的細小顆粒物進一步凈化處理，實現廢氣中外排顆粒物低于30mg/m3。此外，采用多管除塵及布袋復合除塵技術，在廢氣進入布袋前先進行預除塵，使煙氣中的粗顆粒物先去除，減少粗顆粒物對布袋的沖刷，可延長布袋使用壽命。

2.3.2 二氧化硫

改造前，鍋爐煙氣采用石灰漿液噴淋，噴頭數僅為8個，而反應要求的液氣比較高，噴頭易堵塞，從而影響二氧化硫去除效率。改造后，將脫硫劑由石灰優化為氫氧化鈉，同時將脫硫塔噴頭增加為14個。杜謙等人的研究表明，脫硫塔中脫硫率隨液氣比增加而增加[5]。煙氣處理系統改造后通過增加噴頭數量，增大了脫硫塔內化學反應的液氣比，同時氫氧化鈉溶解度遠高于氫氧化鈣，減少了噴頭堵塞的現象，提升了脫硫效率，實現外排煙氣中二氧化硫低于100mg/m3，優于《工業gen鍋爐大氣污染物排放標準》特別排放限值排放。

2.4 運行成本分析

改造后，企業燃煤鍋爐廢氣處理成本約10萬元/月,成本中占比最高的為人工費，占成本的72%，材料費占成本的20%，動力費占8%，具體如表3所示。

表3 鍋爐廢氣處理成本（萬元/月）

3 結論

供暖燃煤鍋爐煙氣采用多管除塵+石灰法脫硫后，污染物達《工業鍋爐大氣污染物排放標準》排放，但系統易產生堵塞問題。對鍋爐煙氣處理系統采用多管除塵+脈沖布袋除塵+氫氧化鈉脫硫，并增加脫硫塔噴頭后，可延長布袋使用壽命，增加脫硫塔液氣比，降低脫硫系統堵塞問題，提高脫硫除塵效率，降低污染物排放濃度，實現外排煙氣穩定達《工業鍋爐大氣污染物排放標準》特別排放限值排放。