一體化脫硫脫硝除塵運行試驗及優化改造

郝宏飛

(山西焦煤集團五麟煤焦開發有限責任公司，山西 汾陽 032200)

引 言

現階段，煤炭在我國能源結構中仍占據主導地位，我國每年大量消耗煤炭在快速發展經濟的同時，導致環境被嚴重污染。原因在于，煤炭中含有大量的硫化物、氮化物等，燃燒后產生大量的SO2、NOx等污染氣體，同時，還會產生大量的粉塵[1]。火力發電作為煤炭的最大應用行業，為減小對環境的污染，根據國家發改委最新下發的通知要求，所采用的燃煤發電機所排放出煙塵的質量濃度不得大于5 mg/m3，SO2的排放量不得大于35 mg/m3，NOx的排放量不得大于50 mg/m3。為此，需對當前燃煤發電機組的脫硫脫硝以及除塵效果進行改進。

1 一體化脫硫脫硝除塵運行試驗研究

1.1 一體化脫硫脫硝除塵工藝研究

目前，針對煤炭燃燒后所產生煙氣中硫化物、氮化物以及粉塵的處理仍然主要以國外引進的SCR技術為主，該技術在實際應用中消耗大量的催化劑和吸收劑，成本非常高，對于發電行業而言每年消耗的煤炭量非常巨大，若一直采用SCR技術脫硫脫硝除塵的話將大大增加生產成本。經分析，SCR技術應用成本過高的主要原因在于對煙氣中的硫、硝以及粉塵的處理是分段進行的。為此，實現脫硫脫硝除塵的一體化功能將是降低投資、控制成本的有效途徑。一體化脫硫脫硝除塵的工藝流程如圖1所示。

圖1 一體化脫硫脫硝除塵工藝流程圖

一體化脫硫脫硝除塵工藝流程采用水噴淋+氨水中和的技術將脫硫、脫硝以及除塵集中于一套系統中。目前，基于一體化脫硫脫硝除塵技術的kTLF100000/2140L脫硫脫硝設備已經應用于實際生產中。

1.2 一體化脫硫脫硝除塵試驗效果分析

為驗證該設備的脫硫、脫硝以及除塵效果，需對煙氣排放、污染源排放等數值進行檢測，并著重對二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、氨氮、硫酸鹽、硫酸鹽氮等雜質按照相關標準規范進行檢測[2]。根據省市下發的通知，要求燃煤鍋爐排放出的煙氣中氮氧化物的消除率大于85%，硫化物的消除率大于98%，除塵效率大于85%。具體指標為：煙塵的質量濃度不得大于5 mg/m3，SO2的排放量不得大于35 mg/m3，NOx的排放量不得大于50 mg/m3。

本方案分別采用直接讀數法和分析法對煙氣中的SO2、NOx以及粉塵的濃度進行檢測，檢測結果如表1所示。

表1 一體化脫硫脫硝除塵設備運行檢測效果

如表1所示，該設備的脫硫率可達98.8%，而且排放出SO2的質量濃度遠小于35 mg/m3；該設備的脫硝率為8.7%，遠小于國家發改委規定的氮氧化合物消除率大于85%的要求，而且排放出NOx的質量濃度遠大于50 mg/m3的要求；該設備的除塵率約為50%，未達到國家發改委所規定的除塵率大于85%和粉塵質量濃度小于5 mg/m3的要求。

綜上所述，kTLF100000/2140L的脫硫脫硝設備的脫硝和除塵效果不滿足要求。

1.3 一體化脫硫脫硝除塵設備優化改造建議

經現場考察，導致該設備脫硝除塵效果不佳的原因及對應的改造建議可總結為如下三點：

1) 爐內溫度過低。理論上要求該設備1#、2#爐的溫度保持在800 ℃以上，而3#爐的溫度保持在850 ℃以上。實踐表明，由于1#、2#爐本身結構原因導致其爐內溫度很難達到800 ℃以上。為解決鍋爐本身結構所導致爐內溫度不達標的問題，擬通過保證蒸發量大于65 t/h，且將爐內的氧氣比例控制在6%以下。

2) 該設備缺乏強催化劑氧化裝置。由于該設備缺乏強催化劑氧化裝置，導致NOx很難被氧化。為此，擬通過采用特殊的氧化劑或在煙氣中加入適量的臭氧以保證NOx能夠被最大可能的氧化，最終被氨化溶液所吸收[3]。

3) 設備爐內初始的氮氧化物的含量偏高。經檢測，爐內氮氧化物的最高質量濃度達到400 mg/m3。為此，可在設備爐內加裝分量分級控制系統，降低鍋爐出口煙氣中所含氧氣的量。

2 一體化脫硫脫硝除塵設備的優化改造

結合當前一體化脫硫脫硝除塵設備的運行效果以及改造建議，分別對該設備的脫硫、脫硝以及除塵環節作如下改造：

2.1 脫硫環節的改造

雖然該設備的脫硫效果滿足國家發改委的相關標準要求，但是在實際運行過程中脫硫環節還存在如下缺陷：

1) 濃縮段不能形成正常的副產品；2) 亞硫酸銨未能夠全部轉化為硫酸銨導致現場的氣味嚴重且存在氣溶膠；3) 當前設備所配置的管道和泵與所采用的脫硫技術存在差異[4]。

針對上述脫硫環節中存在的缺陷，進行如下改造：

1) 將原煙道上的濃縮段去除并加裝一套煙氣濃縮降溫箱；2) 增設氧化槽保證所有亞硫酸銨均可轉化為硫酸銨；3) 增設水洗段，對所排放的氣體進行深度洗滌。改造后的脫硫流程如圖2所示。

圖2 改造后脫硫總流程圖

2.2 脫硝除塵環節的改造

針對該設備脫硝環節的改造旨在解決其脫硝效率不達標的問題，主要根據1.3中的改造建議對脫硫環節進行改造，尤其在煙氣中加入適量的臭氧提升NOx的氧化率，最終能夠盡可能地被氨化溶液所吸收。改造后的脫硝流程圖如第70頁圖3所示。

圖3 改造后脫硝總流程圖

針對該設備除塵效果不達標的問題，在脫硫脫硝改造的基礎上為其增設一套煙氣濃縮降溫池，其

主要包括噴淋層對其中的粉塵進行消除。

2.3 改造效果驗證

將上述改造思路在當前一體化脫硫脫硝除塵設備中實現，并采用試驗階段同樣的方法對所排放煙氣中的SO2、NOx以及粉塵的濃度進行檢測，檢測結果如表2所示。

表2 一體化脫硫脫硝除塵設備改造效果

如表2所示，該設備的脫硫率可達99.2%，而且排放出SO2的質量濃度遠小于35 mg/m3；該設備的脫硝率為89.4%，而且排放出NOx的質量濃度遠小于50 mg/m3的要求；該設備的除塵率約為88.2%，達到國家發改委所規定的除塵率大于85%和粉塵質量濃度小于5 mg/m3的要求。

3 結語

煤炭當前仍然在我國能源結構中占據主導地位，對煤炭資源的利用量依然很大[5]，如若對煤炭資源的利用不合理且對所排放的煙氣處理不充分的話會導致嚴重的環境污染。本文針對燃煤鍋爐所排放煙氣不滿足國家發改委標準要求的問題，對設備的脫硫、脫硝以及除塵環節進行改造，經改造后該設備在實現脫硫脫硝除塵一體化的基礎上實現脫硫率可達99.2%，脫硝率可達89.4%，除塵率可達88.2%，均滿足國家發改委的相關標準要求。